JP5297787B2

JP5297787B2 - CMM

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Publication number: JP5297787B2
Application number: JP2008322073A
Authority: JP
Inventors: 健萩野
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2008-12-18
Filing date: 2008-12-18
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2028-12-18
Also published as: JP2010145211A

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional measurement machine capable of shortening the time required in calculating a correction parameter and improving measurement accuracy. SOLUTION: The three-dimensional measurement machine includes a probe 21 including a measurement element 211A, a drive mechanism, and a correction parameter calculation device. The correction parameter calculation device includes: a restraint means 6 restraining translational displacement of the measurement element 211A without restraining rotational displacement of the measurement element 211A; a reference position setting part setting a position in which the moving amount of the probe 21 is zero as a reference position; and a measurement point information acquisition part moving the probe 21 to a plurality of measurement points in a state in which the measurement element 211A is restrained at the reference position by the restraint means 6 and acquiring a moving amount of the probe 21 from the reference position in each measurement point and a moving amount of the drive mechanism, wherein a correction parameter for correcting a coordinate system of the probe 21 is calculated on the basis of information obtained by the measurement point information acquisition part. COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、三次元測定機に関する。 The present invention relates to a coordinate measuring machine.

従来、一定の範囲内で移動可能に構成され、被測定物に接触する球状の測定子を先端に有する棒状のスタイラスを備えて構成されるプローブと、プローブの基端を保持するとともに、駆動する駆動機構とを備える三次元測定機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
なお、三次元測定機に用いられるプローブとしては、被測定物に接触したときにトリガ信号を出力するタッチトリガプローブと、一定の範囲内で移動可能に構成され、スタイラスの移動量（以下、プローブの移動量とする）を出力する測定プローブとが知られている。以下の説明では、この測定プローブを単にプローブとする。
特許文献１に記載の表面形状測定装置（三次元測定機）では、プローブを被測定物に押し込んだ状態でプローブの移動量、及び駆動機構の移動量を取得し、取得した各移動量を合成することで測定子の位置（測定値）を検出している。また、表面形状測定装置は、検出した測定値に基づいて被測定物の表面形状等を測定している。 Conventionally, the probe is configured to be movable within a certain range, and includes a rod-like stylus having a spherical probe contacting the object to be measured at the tip, and the base end of the probe is held and driven. A coordinate measuring machine including a drive mechanism is known (for example, see Patent Document 1).
The probe used in the coordinate measuring machine includes a touch trigger probe that outputs a trigger signal when it comes into contact with an object to be measured, and a movable amount within a certain range. And a measurement probe that outputs (the amount of movement of) is known. In the following description, this measurement probe is simply referred to as a probe.
In the surface shape measuring apparatus (coordinate measuring machine) described in Patent Document 1, the movement amount of the probe and the movement amount of the drive mechanism are acquired in a state where the probe is pushed into the object to be measured, and the obtained movement amounts are synthesized. By doing so, the position (measurement value) of the probe is detected. Further, the surface shape measuring device measures the surface shape of the object to be measured based on the detected measurement value.

ここで、三次元測定機は、プローブに規定された直交座標系に基づいてプローブの移動量を取得し、駆動機構に規定された直交座標系に基づいて駆動機構の移動量を取得する。
具体的に、三次元測定機にて取得されるプローブの移動量を（ｘ_ｐ,ｙ_ｐ,ｚ_ｐ）とし、駆動機構の移動量を（ｘ_ｍ,ｙ_ｍ,ｚ_ｍ）とすれば、測定値（ｘ,ｙ,ｚ）は、以下の式（１）によって算出される。 Here, the coordinate measuring machine acquires the movement amount of the probe based on the orthogonal coordinate system defined for the probe, and acquires the movement amount of the drive mechanism based on the orthogonal coordinate system defined for the drive mechanism.
Specifically, if the movement amount of the probe acquired by the coordinate measuring machine is (x _p , y _p , z _p ) and the movement amount of the drive mechanism is (x _m , y _m , z _m ), The measured value (x, y, z) is calculated by the following equation (1).

このため、プローブ、及び駆動機構の座標系が一致していない場合には、測定値に誤差が生じることになる。
なお、各座標系の不一致の要因としては、例えば、プローブの移動量を取得するためのスケールと、駆動機構の移動量を取得するためのスケールとの間に誤差がある場合や、駆動機構にプローブを取り付けて保持させたときの取り付け誤差によって各座標系の向きが一致していない場合や、各座標系を構成する３つの座標軸間に空間的な歪みがあり直交していない場合などが考えられる。 For this reason, when the coordinate system of a probe and a drive mechanism does not correspond, an error will arise in a measured value.
In addition, as a factor of mismatch of each coordinate system, for example, when there is an error between the scale for acquiring the moving amount of the probe and the scale for acquiring the moving amount of the driving mechanism, or in the driving mechanism There are cases where the orientation of each coordinate system does not match due to attachment errors when the probe is attached and held, or when there is spatial distortion between the three coordinate axes constituting each coordinate system and they are not orthogonal. It is done.

したがって、各座標系の不一致に基づく測定誤差を低減し、測定精度を向上させるために、三次元測定機は、プローブの座標系を補正することが望ましい。ここで、各座標系を一致させる補正としては、アフィン変換を用いて補正する方法が知られている。
具体的に、例えば、アフィン変換の変換行列（補正パラメータ）をＡ（Ａ_１１〜Ａ_３３）とし、駆動機構の座標系にプローブの座標系を一致させるように補正すると、補正後のプローブの移動量（ｘ_ｐ´,ｙ_ｐ´,ｚ_ｐ´）は、以下の式（２）によって算出される。 Therefore, in order to reduce the measurement error based on the mismatch of each coordinate system and improve the measurement accuracy, it is desirable that the coordinate measuring machine corrects the coordinate system of the probe. Here, as a correction for matching each coordinate system, a correction method using affine transformation is known.
Specifically, for example, when the transformation matrix (correction parameter) of affine transformation is A (A _{11 to} A ₃₃ ) and correction is performed so that the coordinate system of the probe matches the coordinate system of the drive mechanism, the movement of the probe after correction is performed. The quantity (x _p ′, y _p ′, z _p ′) is calculated by the following equation (2).

したがって、補正後の測定値（ｘ´,ｙ´,ｚ´）は、以下の式（３）によって算出される。 Accordingly, the corrected measurement values (x ′, y ′, z ′) are calculated by the following equation (3).

ここで、補正パラメータを算出する方法としては、例えば、既知の形状を有する基準ゲージを測定することによって算出される測定値に基づいて、補正パラメータを算出する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特許文献２に記載の方法では、基準ゲージを複数の測定点で測定することによって算出された複数の測定値に基づいて、基準ゲージの形状を規定する方程式と、補正パラメータを算出するための方程式とを連立させた連立方程式の解を求めることで補正パラメータを算出している。このため、多数の測定点で基準ゲージを測定しなければならず、補正パラメータの算出に時間がかかるという問題がある。 Here, as a method of calculating the correction parameter, for example, a method of calculating the correction parameter based on a measurement value calculated by measuring a reference gauge having a known shape is known (for example, a patent Reference 2).
In the method described in Patent Document 2, an equation for defining the shape of the reference gauge based on a plurality of measurement values calculated by measuring the reference gauge at a plurality of measurement points, and an equation for calculating a correction parameter The correction parameter is calculated by finding the solution of the simultaneous equations in which. For this reason, it is necessary to measure the reference gauge at a large number of measurement points, and there is a problem that it takes time to calculate the correction parameter.

また、補正パラメータを算出する他の方法としては、例えば、治具の凹部に測定子を押し込んだ状態でプローブを移動させて測定することによって算出される測定値に基づいて、補正パラメータを算出する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。
具体的に、特許文献３に記載の方法では、正三角形の頂点に位置するように３つの球体を平面上に配設して形成された錐状の凹部を有する治具を用いて補正パラメータを算出している。 Further, as another method for calculating the correction parameter, for example, the correction parameter is calculated based on a measurement value calculated by moving the probe with the measuring element being pressed into the concave portion of the jig and performing measurement. A method is known (see, for example, Patent Document 3).
Specifically, in the method described in Patent Document 3, the correction parameter is set using a jig having a conical recess formed by arranging three spheres on a plane so as to be positioned at the apex of an equilateral triangle. Calculated.

ここで、測定子の位置は、治具の凹部によって拘束されているので、プローブを移動させたときのプローブの移動量と、駆動機構の移動量とは、互いに逆方向の同じ大きさの移動量となる。したがって、特許文献３に記載の方法では、この条件を利用することによって、基準ゲージを用いることなく補正パラメータを算出している。
また、測定子の位置は、治具の凹部によって拘束されているので、基準ゲージを用いる特許文献２に記載の方法と比較して補正パラメータの算出にかかる時間を短縮することができる。 Here, since the position of the probe is constrained by the concave portion of the jig, the amount of movement of the probe when the probe is moved and the amount of movement of the drive mechanism are the same in the opposite directions. Amount. Therefore, in the method described in Patent Document 3, the correction parameter is calculated without using the reference gauge by using this condition.
Further, since the position of the measuring element is constrained by the concave portion of the jig, the time required for calculating the correction parameter can be shortened as compared with the method described in Patent Document 2 using the reference gauge.

特開２００８−８９５７８号公報JP 2008-89578 A 特開２００４−５２１３４３号公報JP 2004-521343 A 特開平２−２８４２１６号公報JP-A-2-284216

しかしながら、特許文献３に記載の方法では、治具に形成された錐状の凹部に押し込むことによって測定子の位置を拘束しているので、治具の平面方向（プローブの軸方向と直交する方向）、及び治具から離間する方向（プローブの先端から基端に向かう方向）にプローブを移動させて測定しても有効な測定値を得ることができないという問題がある。
すなわち、特許文献３に記載の方法では、三次元測定機は、測定空間内における十分な範囲で有効な測定値を得ることができないので、適切な補正パラメータを算出することができず、測定精度を向上させるには限界があるという問題がある。
特に、三次元測定機では、プローブの軸方向と直交する方向に向かってプローブを被測定物に押し込んだ状態で測定する場合が多いので、治具の平面方向にプローブを移動させて測定しても有効な測定値を得ることができないのは非常に大きな問題となる。 However, in the method described in Patent Document 3, since the position of the measuring element is constrained by being pushed into a conical recess formed in the jig, the plane direction of the jig (the direction orthogonal to the axial direction of the probe) ) And a direction away from the jig (a direction from the tip of the probe toward the base end), even if the probe is moved and measured, there is a problem that an effective measurement value cannot be obtained.
That is, in the method described in Patent Document 3, the coordinate measuring machine cannot obtain an effective measurement value within a sufficient range in the measurement space, and therefore cannot calculate an appropriate correction parameter, thereby measuring accuracy. There is a problem that there is a limit to improving it.
In particular, with a three-dimensional measuring machine, measurement is often performed with the probe being pushed into the object to be measured in a direction perpendicular to the axial direction of the probe. However, it is a very big problem that an effective measurement value cannot be obtained.

本発明の目的は、補正パラメータの算出にかかる時間を短縮することができ、測定精度を向上させることができる三次元測定機を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a three-dimensional measuring machine capable of reducing the time required for calculating correction parameters and improving measurement accuracy.

本発明では、一定の範囲内で移動可能に構成され、被測定物に接触する球状の測定子を有するプローブと、前記プローブを保持するとともに、駆動する駆動機構とを備える三次元測定機であって、前記プローブの座標系を補正するための補正パラメータを算出する補正パラメータ算出装置を備え、前記補正パラメータ算出装置は、前記測定子の中心を回転中心とする回転変位を拘束することなく前記測定子の任意の方向への並進変位を拘束する拘束手段と、前記プローブの移動量が０となる位置を基準位置として設定する基準位置設定部と、前記拘束手段にて前記基準位置に前記測定子を拘束した状態で前記プローブを測定空間内における複数の測定点に移動させて前記各測定点における前記基準位置からの前記プローブの移動量、及び前記駆動機構の移動量を取得する測定点情報取得部とを備え、前記測定点情報取得部にて取得される前記プローブの移動量、及び前記駆動機構の移動量に基づいて、前記補正パラメータを算出することを特徴とする。 According to the present invention, there is provided a three-dimensional measuring machine that is configured to be movable within a certain range and includes a probe having a spherical probe that comes into contact with an object to be measured, and a drive mechanism that holds and drives the probe. A correction parameter calculation device for calculating a correction parameter for correcting the coordinate system of the probe, wherein the correction parameter calculation device is configured to measure the measurement without constraining rotational displacement about the center of the probe. Restraining means for restraining translational displacement of the probe in an arbitrary direction, a reference position setting unit for setting a position where the amount of movement of the probe is 0 as a reference position, and the measuring element at the reference position by the restraining means. The probe is moved to a plurality of measurement points in the measurement space in a state where the probe is constrained to move the probe from the reference position at each measurement point, and A measurement point information acquisition unit that acquires the movement amount of the moving mechanism, and calculates the correction parameter based on the movement amount of the probe and the movement amount of the drive mechanism acquired by the measurement point information acquisition unit It is characterized by doing.

このような構成によれば、補正パラメータ算出装置は、測定子の中心を回転中心とする回転変位（以下、測定子の回転変位とする）を拘束することなく測定子の並進変位を拘束する拘束手段と、拘束手段にて基準位置に測定子を拘束した状態で、プローブをあらゆる方向の測定点に移動させて各測定点における基準位置からのプローブの移動量、及び駆動機構の移動量を取得する測定点情報取得部とを備えているので、十分な範囲で有効な測定値を得ることができる。
したがって、補正パラメータ算出装置は、補正パラメータの算出にかかる時間を短縮することができ、適切な補正パラメータを算出することができる。また、補正パラメータ算出装置にて適切な補正パラメータを算出することができるので、三次元測定機は、測定精度を向上させることができる。 According to such a configuration, the correction parameter calculation device restrains the translational displacement of the tracing stylus without restraining the rotational displacement about the center of the tracing stylus (hereinafter referred to as the rotational displacement of the tracing stylus). The probe is moved to the measurement point in all directions while the probe is restricted to the reference position by the means and the restriction means, and the amount of movement of the probe from the reference position and the amount of movement of the drive mechanism at each measurement point are obtained. Since the measurement point information acquisition unit that performs measurement is provided, an effective measurement value can be obtained within a sufficient range.
Therefore, the correction parameter calculation device can reduce the time required for calculating the correction parameter, and can calculate an appropriate correction parameter. In addition, since an appropriate correction parameter can be calculated by the correction parameter calculation apparatus, the coordinate measuring machine can improve measurement accuracy.

ここで、三次元測定機にて被測定物を測定する場合には、プローブを被測定物に押し込んだ状態で被測定物を測定する。このとき、測定子は、被測定物との接触面における法線方向の反力に起因する変位、及び接触面における摩擦力に起因する変位以外の変位をすることがなく、並進変位、及び回転変位の拘束はなされない。このため、測定子の回転変位を拘束した状態でプローブを移動させて測定することによって測定値を算出すると、プローブの移動量に誤差が生じ、ひいては適切な補正パラメータを算出することができなくなるという問題がある。
本発明によれば、拘束手段は、測定子の回転変位を拘束することなく測定子の並進変位を拘束するので、補正パラメータ算出装置は、適切な補正パラメータを算出することができる。 Here, when measuring an object to be measured with a three-dimensional measuring machine, the object to be measured is measured in a state where the probe is pushed into the object to be measured. At this time, the probe does not undergo any displacement other than the displacement caused by the reaction force in the normal direction on the contact surface with the object to be measured and the displacement caused by the friction force on the contact surface. There is no displacement constraint. For this reason, if the measurement value is calculated by moving and measuring the probe while restraining the rotational displacement of the probe, an error occurs in the amount of movement of the probe, and an appropriate correction parameter cannot be calculated. There's a problem.
According to the present invention, the restraining means restrains the translational displacement of the measuring element without constraining the rotational displacement of the measuring element, so that the correction parameter calculating device can calculate an appropriate correction parameter.

本発明では、前記拘束手段は、前記測定子を押圧して当該測定子を拘束する押圧部材を備えることが好ましい。
また、本発明では、前記拘束手段は、前記測定子を挟んで対向して配設され、前記対向方向に沿って前記測定子を押圧する２つの前記押圧部材を備え、前記各押圧部材には、前記対向方向と直交するとともに、互いに平行する軸方向を有し、前記測定子に向かって突出する柱状に形成される２つの柱状部がそれぞれ設けられ、一方の前記押圧部材における前記各柱状部、及び他方の前記押圧部材における前記各柱状部は、軸方向が互いに直交するように設けられ、前記測定子に当接することが好ましい。 In this invention, it is preferable that the said restraining means is equipped with the press member which presses the said measuring element and restrains the said measuring element.
In the present invention, the restraining means is disposed on opposite sides of the measuring element, with two of the pressing member for pressing the measuring element along the opposite direction, the each pressing member Each of the columnar portions in one of the pressing members is provided with two columnar portions that are orthogonal to the facing direction and have axial directions parallel to each other and that are formed in a columnar shape protruding toward the measuring element. It is preferable that the columnar portions of the other pressing member are provided so that their axial directions are orthogonal to each other and abut against the measuring element.

このような構成によれば、拘束手段は、２つの押圧部材にて測定子を押圧することで各柱状部を測定子に当接させることができる。ここで、一方の押圧部材における各柱状部、及び他方の押圧部材における各柱状部は、軸方向が互いに直交するように設けられているので、拘束手段は、簡素な構成で測定子の並進変位を拘束することができる。また、各柱状部は、押圧部材の押圧力によって測定子に当接しているので、拘束手段は、各押圧部材の押圧力を調整することで測定子の回転変位を拘束することなく測定子の並進変位を拘束することができる。 According to such a configuration, the restraining means can bring each columnar portion into contact with the measuring element by pressing the measuring element with the two pressing members. Here, each columnar part in one pressing member and each columnar part in the other pressing member are provided so that the axial directions thereof are orthogonal to each other. Can be restrained. In addition, since each columnar portion is in contact with the measuring element by the pressing force of the pressing member, the restraining means adjusts the pressing force of each pressing member so as not to constrain the rotational displacement of the measuring element. Translational displacement can be constrained.

本発明では、前記各柱状部は、円柱状に形成され、中心軸回りに回転自在に設けられていることが好ましい。
このような構成によれば、各柱状部は、測定子の回転変位に応じて回転することができるので、拘束手段は、測定子の回転変位を拘束することなく測定子の並進変位を拘束することができる。 In the present invention, it is preferable that each of the columnar portions is formed in a columnar shape and is provided to be rotatable around a central axis.
According to such a configuration, each columnar part can rotate in accordance with the rotational displacement of the probe, so that the restraining means restrains the translational displacement of the probe without restricting the rotational displacement of the probe. be able to.

本発明では、前記拘束手段は、前記測定子の中心に向かって前記測定子を押圧する少なくとも４つの前記押圧部材を備え、前記各押圧部材は、前記測定子に当接する球状の当接部材と、前記当接部材を、前記当接部材の中心を回転中心として回転自在に支持する支持部材とを備えることが好ましい。 In the present invention, the restraining means, toward the center of the measuring element comprises at least four of said pressing member to press the measuring element, wherein the pressing member includes a contact member in contact with the spherical to the measuring element The support member preferably includes a support member that rotatably supports the center of the contact member as a center of rotation.

このような構成によれば、拘束手段は、少なくとも４つの押圧部材にて測定子を押圧することで当接部材を測定子に当接させることができる。ここで、各押圧部材は、測定子の中心に向かって測定子を押圧するので、拘束手段は、簡素な構成で測定子の並進変位を拘束することができる。また、当接部材は、支持部材にて当接部材の中心を回転中心として回転自在に支持されているので、拘束手段は、測定子の回転変位を拘束することなく並進変位を拘束することができる。 According to such a configuration, the restraining means can bring the contact member into contact with the measuring element by pressing the measuring element with at least four pressing members. Here, since each pressing member presses the measuring element toward the center of the measuring element, the restraining means can constrain the translational displacement of the measuring element with a simple configuration. Further, since the contact member is supported by the support member so as to be rotatable about the center of the contact member, the restraining means can restrain the translational displacement without restricting the rotational displacement of the measuring element. it can.

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
〔三次元測定機の概略構成〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る三次元測定機１の概略構成を示すブロック図である。
三次元測定機１は、図１に示すように、三次元測定機本体２と、三次元測定機本体２の駆動制御を実行するモーションコントローラ３と、操作レバー等を介してモーションコントローラ３に指令を与え、三次元測定機本体２を手動で操作するための操作手段４と、モーションコントローラ３に所定の指令を与えるとともに、演算処理を実行するホストコンピュータ５とを備える。 [First Embodiment]
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, a first embodiment of the invention will be described with reference to the drawings.
[Schematic configuration of CMM]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a coordinate measuring machine 1 according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the coordinate measuring machine 1 instructs the motion controller 3 via a coordinate measuring machine body 2, a motion controller 3 that executes drive control of the coordinate measuring machine body 2, an operation lever, and the like. And a host computer 5 for giving a predetermined command to the motion controller 3 and executing a calculation process.

図２は、三次元測定機本体２を示す全体模式図である。なお、図２では、上方向を＋Ｚ軸方向とし、このＺ軸に直交する２軸をそれぞれＸ軸、及びＹ軸として説明する。以下の図面においても同様である。
三次元測定機本体２は、図２に示すように、被測定物Ｗを測定するための測定子２１１Ａを有するプローブ２１と、プローブ２１の基端側を保持するとともに、プローブ２１を駆動する駆動機構２２と、駆動機構２２が立設される定盤２３とを備える。
駆動機構２２は、プローブ２１の基端側を保持するとともに、プローブ２１の移動を可能とするスライド機構２４と、スライド機構２４を駆動することでプローブ２１を駆動する駆動部２５とを備える。 FIG. 2 is an overall schematic diagram showing the coordinate measuring machine main body 2. In FIG. 2, the upper direction is defined as the + Z-axis direction, and two axes orthogonal to the Z-axis are described as an X-axis and a Y-axis, respectively. The same applies to the following drawings.
As shown in FIG. 2, the coordinate measuring machine main body 2 holds a probe 21 having a probe 211 A for measuring the workpiece W and a drive for driving the probe 21 while holding the proximal end side of the probe 21. A mechanism 22 and a surface plate 23 on which the drive mechanism 22 is erected are provided.
The drive mechanism 22 includes a slide mechanism 24 that holds the proximal end side of the probe 21 and allows the probe 21 to move, and a drive unit 25 that drives the probe 21 by driving the slide mechanism 24.

スライド機構２４は、定盤２３におけるＸ軸方向の両端から＋Ｚ軸方向に延出し、Ｙ軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられる２つのコラム２４１と、各コラム２４１にて支持され、Ｘ軸方向に沿って延出するビーム２４２と、Ｚ軸方向に沿って延出する筒状に形成され、ビーム２４２上をＸ軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられるスライダ２４３と、スライダ２４３の内部に挿入されるとともに、スライダ２４３内をＺ軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられるラム２４４とを備える。したがって、駆動機構２２は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方向にプローブ２１を駆動する複数の駆動軸を備えている。そして、ラム２４４は、−Ｚ軸方向側の端部においてプローブ２１の基端側を保持している。なお、プローブ２１としては、複数の種類のプローブが用意されており、これらのプローブの中から選択してラム２４４に保持させることができる。 The slide mechanism 24 extends from both ends of the surface plate 23 in the X-axis direction in the + Z-axis direction and is supported by the two columns 241 provided to be slidable along the Y-axis direction. A beam 242 extending along the direction, a slider 243 formed in a cylindrical shape extending along the Z-axis direction and slidably movable along the X-axis direction on the beam 242, and the inside of the slider 243 And a ram 244 provided to be slidable in the slider 243 along the Z-axis direction. Therefore, the drive mechanism 22 includes a plurality of drive shafts that drive the probe 21 in the X, Y, and Z axis directions. The ram 244 holds the proximal end side of the probe 21 at the end on the −Z axis direction side. A plurality of types of probes are prepared as the probe 21 and can be selected from these probes and held by the ram 244.

駆動部２５は、図１、及び図２に示すように、各コラム２４１のうち、−Ｘ軸方向側のコラム２４１を支持するとともに、Ｙ軸方向に沿って駆動するＹ軸駆動部２５１Ｙと、ビーム２４２上をスライドさせてスライダ２４３をＸ軸方向に沿って駆動するＸ軸駆動部２５１Ｘ（図２において図示略）と、スライダ２４３内をスライドさせてラム２４４をＺ軸方向に沿って駆動するＺ軸駆動部２５１Ｚ（図２において図示略）とを備える。 As shown in FIGS. 1 and 2, the drive unit 25 supports the column 241 on the −X axis direction side among the columns 241, and drives the Y axis drive unit 251Y along the Y axis direction. An X-axis drive unit 251X (not shown in FIG. 2) that slides on the beam 242 to drive the slider 243 along the X-axis direction, and slides inside the slider 243 to drive the ram 244 along the Z-axis direction. A Z-axis drive unit 251Z (not shown in FIG. 2).

Ｘ軸駆動部２５１Ｘ、Ｙ軸駆動部２５１Ｙ、及びＺ軸駆動部２５１Ｚには、図１に示すように、スライダ２４３、各コラム２４１、及びラム２４４の各軸方向の位置を検出するためのＸ軸スケールセンサ２５２Ｘ、Ｙ軸スケールセンサ２５２Ｙ、及びＺ軸スケールセンサ２５２Ｚがそれぞれ設けられている。なお、各スケールセンサ２５２は、スライダ２４３、各コラム２４１、及びラム２４４の移動量に応じたパルス信号を出力する位置センサである。 As shown in FIG. 1, the X-axis drive unit 251X, the Y-axis drive unit 251Y, and the Z-axis drive unit 251Z have Xs for detecting the positions of the slider 243, the columns 241 and the ram 244 in the respective axial directions. An axis scale sensor 252X, a Y axis scale sensor 252Y, and a Z axis scale sensor 252Z are provided. Each scale sensor 252 is a position sensor that outputs a pulse signal corresponding to the amount of movement of the slider 243, each column 241, and the ram 244.

図３は、プローブ２１の拡大模式図である。
プローブ２１は、図３に示すように、測定子２１１Ａを先端側に有するスタイラス２１１と、スタイラス２１１の基端側を支持する支持機構２１２とを備える。
支持機構２１２は、スタイラス２１１をＸ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方向に付勢することで所定位置に位置決めするように支持するとともに、測定子２１１Ａに外力が加わった場合、すなわち測定子２１１Ａが被測定物Ｗに当接した場合には、スタイラス２１１を一定の範囲内でＸ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方向に移動可能としている。この支持機構２１２は、図１に示すように、スタイラス２１１の各軸方向の位置を検出するためのＸ軸プローブセンサ２１３Ｘ、Ｙ軸プローブセンサ２１３Ｙ、及びＺ軸プローブセンサ２１３Ｚを備える。なお、各プローブセンサ２１３は、各スケールセンサ２５２と同様にスタイラス２１１の各軸方向の移動量に応じたパルス信号を出力する位置センサである。 FIG. 3 is an enlarged schematic diagram of the probe 21.
As shown in FIG. 3, the probe 21 includes a stylus 211 having a probe 211 A on the distal end side, and a support mechanism 212 that supports the proximal end side of the stylus 211.
The support mechanism 212 supports the stylus 211 so as to be positioned at a predetermined position by urging the stylus 211 in the X, Y, and Z axis directions, and when an external force is applied to the probe 211A, that is, the probe 211A is When abutting against the workpiece W, the stylus 211 can be moved in the X, Y, and Z axis directions within a certain range. As shown in FIG. 1, the support mechanism 212 includes an X-axis probe sensor 213X, a Y-axis probe sensor 213Y, and a Z-axis probe sensor 213Z for detecting the position of each stylus 211 in each axial direction. Each probe sensor 213 is a position sensor that outputs a pulse signal corresponding to the amount of movement of the stylus 211 in each axial direction, like each scale sensor 252.

図４は、プローブ２１と、プローブセンサ２１３Ｘとの関係を示す模式図である。なお、図４では、プローブ２１、及び被測定物Ｗの相対的な移動方向を矢印Ｄで示している。
具体的に、支持機構２１２は、図４に示すように、付勢部材２１２Ａを備え、スタイラス２１１を所定位置に位置決めしている。そして、各プローブセンサ２１３は、スタイラス２１１の基端部の位置を検出することでスタイラス２１１の各軸方向に位置を検出している。
例えば、図４（Ａ）に示すように、測定子２１１Ａに外力が加わっていない場合、すなわち測定子２１１Ａが被測定物Ｗに当接していない場合には、プローブセンサ２１３Ｘにて検出されるプローブ２１のＸ軸方向の移動量は０となる。
そして、図４（Ｂ）に示すように、プローブ２１をＸ軸方向に移動させて測定子２１１Ａに外力が加わった場合、すなわち測定子２１１Ａが被測定物Ｗに当接した場合には、プローブセンサ２１３Ｘにて検出されるプローブ２１のＸ軸方向の移動量は測定子２１１Ａの移動量に応じた移動量となる。 FIG. 4 is a schematic diagram showing the relationship between the probe 21 and the probe sensor 213X. In FIG. 4, the relative movement direction of the probe 21 and the object to be measured W is indicated by an arrow D.
Specifically, as shown in FIG. 4, the support mechanism 212 includes an urging member 212A, and positions the stylus 211 at a predetermined position. Each probe sensor 213 detects the position of the stylus 211 in each axial direction by detecting the position of the proximal end of the stylus 211.
For example, as shown in FIG. 4A, when no external force is applied to the probe 211A, that is, when the probe 211A is not in contact with the workpiece W, the probe detected by the probe sensor 213X. The amount of movement 21 in the X-axis direction is zero.
Then, as shown in FIG. 4B, when the probe 21 is moved in the X-axis direction and an external force is applied to the probe 211A, that is, when the probe 211A comes into contact with the workpiece W, The amount of movement of the probe 21 detected by the sensor 213X in the X-axis direction is the amount of movement corresponding to the amount of movement of the probe 211A.

モーションコントローラ３は、図１に示すように、操作手段４、またはホストコンピュータ５からの指令に応じて駆動部２５を制御する駆動制御部３１と、各スケールセンサ２５２、及び各プローブセンサ２１３から出力されるパルス信号を計数するカウンタ部３２とを備える。
カウンタ部３２は、各スケールセンサ２５２から出力されるパルス信号をカウントしてスライド機構２４の移動量を計測するスケールカウンタ３２１と、各プローブセンサ２１３から出力されるパルス信号をカウントしてプローブ２１の移動量を計測するプローブカウンタ３２２とを備える。そして、スケールカウンタ３２１、及びプローブカウンタ３２２にて計測されたスライド機構２４の移動量、及びプローブ２１の移動量は、ホストコンピュータ５に出力される。 As shown in FIG. 1, the motion controller 3 outputs from the operation control unit 4 or a drive control unit 31 that controls the drive unit 25 in response to a command from the host computer 5, each scale sensor 252, and each probe sensor 213. And a counter unit 32 that counts pulse signals to be transmitted.
The counter unit 32 counts the pulse signal output from each scale sensor 252 and measures the movement amount of the slide mechanism 24, and counts the pulse signal output from each probe sensor 213 to count the probe 21. A probe counter 322 for measuring the amount of movement. The movement amount of the slide mechanism 24 and the movement amount of the probe 21 measured by the scale counter 321 and the probe counter 322 are output to the host computer 5.

ホストコンピュータ５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や、メモリ等を備えて構成され、モーションコントローラ３に所定の指令を与えることで三次元測定機本体２を制御するものであり、指令部５１と、移動量取得部５２と、測定値算出部５３と、補正パラメータ算出部５４と、ホストコンピュータ５で用いられるデータを記憶する記憶部５５とを備える。 The host computer 5 includes a CPU (Central Processing Unit), a memory, and the like, and controls the coordinate measuring machine main body 2 by giving a predetermined command to the motion controller 3, and includes a command unit 51, A movement amount acquisition unit 52, a measurement value calculation unit 53, a correction parameter calculation unit 54, and a storage unit 55 that stores data used by the host computer 5 are provided.

指令部５１は、モーションコントローラ３の駆動制御部３１に所定の指令を与え、三次元測定機本体２のスライド機構２４を駆動する。具体的に、指令部５１は、測定子２１１Ａを駆動するための位置指令値を出力する。なお、被測定物Ｗの輪郭データは、記憶部５５に記憶されている。
移動量取得部５２は、カウンタ部３２にて計測されたプローブ２１の移動量（ｘ_ｐ,ｙ_ｐ,ｚ_ｐ）、及び駆動機構２２の移動量（ｘ_ｍ,ｙ_ｍ,ｚ_ｍ）を取得する。ここで、移動量取得部５２は、プローブ２１に規定された直交座標系に基づいて、プローブ２１の移動量を取得し（図３参照）、駆動機構２２に規定された直交座標系に基づいて、駆動機構２２の移動量を取得する（図２参照）。 The command unit 51 gives a predetermined command to the drive control unit 31 of the motion controller 3 to drive the slide mechanism 24 of the coordinate measuring machine main body 2. Specifically, the command unit 51 outputs a position command value for driving the measuring element 211A. Note that the contour data of the workpiece W is stored in the storage unit 55.
The movement amount acquisition unit 52 acquires the movement amount (x _p , y _p , z _p ) of the probe 21 and the movement amount (x _m , y _m , z _m ) of the drive mechanism 22 measured by the counter unit 32. To do. Here, the movement amount acquisition unit 52 acquires the movement amount of the probe 21 based on the orthogonal coordinate system defined for the probe 21 (see FIG. 3), and based on the orthogonal coordinate system defined for the drive mechanism 22. Then, the movement amount of the drive mechanism 22 is acquired (see FIG. 2).

測定値算出部５３は、移動量取得部５２にて取得されたプローブ２１の移動量、及び駆動機構２２の移動量に基づいて測定値、すなわち測定子２１１Ａの位置を算出する。なお、駆動機構２２の移動量は、支持機構２１２内におけるスタイラス２１１の移動が全く生じていない場合、すなわちプローブ２１の移動量が０の場合における測定子２１１Ａの位置を示すように調整されている。
具体的に、測定値算出部５３は、移動量取得部５２にて取得されたプローブ２１の移動量、及び駆動機構２２の移動量を合成することで、以下の式（４）に示すように、測定値（ｘ,ｙ,ｚ）を算出する。 The measurement value calculation unit 53 calculates the measurement value, that is, the position of the probe 211A based on the movement amount of the probe 21 acquired by the movement amount acquisition unit 52 and the movement amount of the drive mechanism 22. Note that the amount of movement of the drive mechanism 22 is adjusted to indicate the position of the probe 211A when no movement of the stylus 211 occurs in the support mechanism 212, that is, when the amount of movement of the probe 21 is zero. .
Specifically, the measurement value calculation unit 53 combines the movement amount of the probe 21 acquired by the movement amount acquisition unit 52 and the movement amount of the drive mechanism 22 as shown in the following formula (4). Then, the measured value (x, y, z) is calculated.

ここで、測定値算出部５３は、駆動機構２２の座標系にプローブ２１の座標系を一致させるように補正することでプローブ２１の座標系を補正する。具体的に、プローブ２１の座標系を補正するための補正パラメータをＡ（Ａ_１１〜Ａ_３３）とすれば、補正後のプローブ２１の移動量（ｘ_ｐ´,ｙ_ｐ´,ｚ_ｐ´）は、以下の式（５）によって算出される。なお、補正パラメータＡは、後に詳述する補正パラメータ算出部５４にて算出され、記憶部５５に記憶されている。 Here, the measurement value calculation unit 53 corrects the coordinate system of the probe 21 by correcting the coordinate system of the probe 21 so as to coincide with the coordinate system of the drive mechanism 22. Specifically, if the correction parameter for correcting the coordinate system of the probe 21 is A (A _{11 to} A ₃₃ ), the movement amount (x _p ′, y _p ′, z _p ′) of the probe 21 after correction. Is calculated by the following equation (5). The correction parameter A is calculated by a correction parameter calculation unit 54 described in detail later and stored in the storage unit 55.

したがって、測定値算出部５３は、補正後の測定値（ｘ´,ｙ´,ｚ´）を、以下の式（６）によって算出する。 Therefore, the measurement value calculation unit 53 calculates the corrected measurement value (x ′, y ′, z ′) by the following equation (6).

補正パラメータ算出部５４は、補正パラメータＡを算出するものであり、基準位置設定部５４１と、測定点情報取得部５４２とを備える。 The correction parameter calculation unit 54 calculates the correction parameter A, and includes a reference position setting unit 541 and a measurement point information acquisition unit 542.

図５は、拘束手段６にて測定子２１１Ａを拘束した状態を示す模式図である。
補正パラメータ算出部５４は、図５に示すように、定盤２３（図２参照）に設置される拘束手段６にて測定子２１１Ａを拘束した状態で補正パラメータＡを算出する。
拘束手段６は、測定子２１１Ａを挟んで対向して配設され、対向方向（図５中矢印方向）に沿って測定子２１１Ａを押圧する２つの角柱状の押圧部材６１Ａ,６１Ｂと、各押圧部材６１Ａ,６１Ｂにおける測定子２１１Ａ側の面に取り付けられる板状部材６２Ａ，６２Ｂと、各押圧部材６１Ａ,６１Ｂを対向方向に沿ってスライド移動可能に支持する台座６３とを備える。 FIG. 5 is a schematic diagram showing a state in which the measuring element 211 A is restrained by the restraining means 6.
As shown in FIG. 5, the correction parameter calculation unit 54 calculates the correction parameter A in a state where the measuring element 211A is restrained by the restraining means 6 installed on the surface plate 23 (see FIG. 2).
The restraining means 6 is disposed so as to face the measuring element 211A, and has two prismatic pressing members 61A and 61B that press the measuring element 211A along the opposing direction (the arrow direction in FIG. 5), Plate members 62A, 62B attached to the surface of the member 61A, 61B on the measuring element 211A side, and a pedestal 63 that supports the pressing members 61A, 61B so as to be slidable along the opposing direction.

各板状部材６２Ａ,６２Ｂは、対向方向と直交する平面を有する矩形板状に形成され、長手方向が互いに直交するように各押圧部材６１Ａ,６１Ｂに取り付けられている。また、各板状部材６２Ａ,６２Ｂにおける測定子２１１Ａ側の面には、長手方向に軸方向を有する柱状に形成される２つの柱状部６２１Ａ,６２１Ｂが設けられ、各柱状部６２１Ａ,６２１Ｂは、測定子２１１Ａに向かって突出している。 Each of the plate-like members 62A and 62B is formed in a rectangular plate shape having a plane orthogonal to the facing direction, and is attached to each of the pressing members 61A and 61B so that the longitudinal directions are orthogonal to each other. In addition, on the surface of each plate-like member 62A, 62B on the side of the probe 211A, two columnar portions 621A, 621B formed in a column shape having an axial direction in the longitudinal direction are provided, and each columnar portion 621A, 621B is Projecting toward the probe 211A.

すなわち、各柱状部６２１Ａ,６２１Ｂは、各押圧部材６１Ａ,６１Ｂに設けられ、対向方向と直交するとともに、互いに平行する軸方向を有している。また、一方の押圧部材６１Ａにおける各柱状部６２１Ａ、及び他方の押圧部材６１Ｂにおける各柱状部６２１Ｂは、軸方向が互いにおよそ直交するように設けられている。そして、拘束手段６は、各押圧部材６１Ａ,６１Ｂにて測定子２１１Ａを押圧することで各柱状部６２１Ａ，６２１Ｂを測定子２１１Ａに当接させて測定子２１１Ａの並進変位を拘束する。また、各押圧部材６１Ａ,６１Ｂの押圧力は、測定子２１１Ａの回転変位を拘束することなく測定子２１１Ａの並進変位を拘束する程度に調整されている。 That is, the columnar portions 621A and 621B are provided on the pressing members 61A and 61B, and have axial directions that are orthogonal to the facing direction and parallel to each other. Each columnar portion 621A in one pressing member 61A and each columnar portion 621B in the other pressing member 61B are provided so that the axial directions thereof are approximately orthogonal to each other. The restraining means 6 restrains the translational displacement of the measuring element 211A by pressing the measuring element 211A with the pressing members 61A and 61B to bring the columnar portions 621A and 621B into contact with the measuring element 211A. Moreover, the pressing force of each pressing member 61A, 61B is adjusted to such an extent that the translational displacement of the measuring element 211A is constrained without restricting the rotational displacement of the measuring element 211A.

図６は、測定子２１１Ａの並進変位を拘束した状態におけるプローブ２１と、プローブセンサ２１３Ｘとの関係を示す模式図である。なお、図６では、プローブ２１、及び治具Ｊ１,Ｊ２の相対的な移動方向を矢印Ｄで示している。
ここで、図６（Ａ）に示すように、測定子２１１Ａの回転変位を拘束するとともに、測定子２１１Ａの並進変位を拘束する治具Ｊ１にて測定子２１１Ａを拘束した状態でプローブ２１を移動させた場合には、スタイラス２１１の基端部の位置も測定子２１１Ａと同じだけ移動することになる。したがって、プローブセンサ２１３Ｘにて検出されるプローブ２１のＸ軸方向の移動量は、被測定物Ｗに当接することで測定子２１１Ａが同じ距離だけ移動した場合（図４（Ａ）参照）と比較して大きくなる。 FIG. 6 is a schematic diagram showing the relationship between the probe 21 and the probe sensor 213X in a state where the translational displacement of the probe 211A is constrained. In FIG. 6, the relative movement direction of the probe 21 and the jigs J1 and J2 is indicated by an arrow D.
Here, as shown in FIG. 6A, the probe 21 is moved in a state in which the rotational displacement of the measuring element 211A is constrained and the measuring element 211A is constrained by the jig J1 that constrains the translational displacement of the measuring element 211A. In this case, the position of the base end portion of the stylus 211 is also moved by the same amount as the measuring element 211A. Therefore, the amount of movement of the probe 21 in the X-axis direction detected by the probe sensor 213X is compared with the case where the probe 211A moves by the same distance by contacting the object to be measured W (see FIG. 4A). And get bigger.

これに対して、図６（Ｂ）に示すように、測定子２１１Ａの回転変位を拘束することなく測定子２１１Ａの並進変位を拘束する治具Ｊ２にて測定子２１１Ａを拘束した状態でプローブ２１を移動させた場合には、プローブセンサ２１３Ｘにて検出されるプローブ２１のＸ軸方向の移動量は、被測定物Ｗに当接することで測定子２１１Ａが同じ距離だけ移動した場合と略同じになる。
本実施形態では、各押圧部材６１Ａ,６１Ｂの押圧力は、測定子２１１Ａの回転変位を拘束することなく測定子２１１Ａの並進変位を拘束する程度に調整されているので、プローブセンサ２１３にて検出されるプローブ２１の移動量は、被測定物Ｗに当接することで測定子２１１Ａが同じ距離だけ移動した場合と略同じになる。 In contrast, as shown in FIG. 6B, the probe 21A is restrained by the jig J2 that restrains the translational displacement of the probe 211A without restricting the rotational displacement of the probe 211A. When the probe is moved, the amount of movement of the probe 21 detected by the probe sensor 213X in the X-axis direction is substantially the same as when the probe 211A is moved by the same distance by contacting the object to be measured W. Become.
In this embodiment, the pressing force of each pressing member 61A, 61B is adjusted to such an extent that the translational displacement of the probe 211A is restricted without restricting the rotational displacement of the probe 211A. The amount of movement of the probe 21 is substantially the same as when the probe 211A is moved by the same distance by coming into contact with the workpiece W.

基準位置設定部５４１は、拘束手段６にて測定子２１１Ａを拘束した状態でプローブ２１の移動量が０となる位置を基準位置として設定する。具体的に、基準位置設定部５４１は、指令部５１に位置指令値を出力させることでプローブ２１を移動させながら移動量取得部５２にプローブ２１の移動量を取得させてプローブ２１の移動量が０となる位置を検出する。そして、基準位置設定部５４１は、プローブ２１の移動量が０となる位置を検出すると、その位置を基準位置として設定する。 The reference position setting unit 541 sets a position where the amount of movement of the probe 21 becomes 0 as a reference position in a state where the probe 211 A is restrained by the restraining means 6. Specifically, the reference position setting unit 541 causes the movement amount acquisition unit 52 to acquire the movement amount of the probe 21 while moving the probe 21 by causing the command unit 51 to output a position command value, so that the movement amount of the probe 21 is changed. The position that becomes 0 is detected. Then, when the reference position setting unit 541 detects a position where the movement amount of the probe 21 is 0, the reference position setting unit 541 sets the position as the reference position.

測定点情報取得部５４２は、拘束手段６にて測定子２１１Ａを拘束した状態でプローブ２１を測定空間内における複数の測定点に移動させて各測定点における基準位置からのプローブ２１の移動量、及び駆動機構２２の移動量を取得する。具体的に、測定点情報取得部５４２は、指令部５１に位置指令値を出力させることでプローブ２１を各測定点に移動させて移動量取得部５２に基準位置からのプローブ２１の移動量、及び駆動機構２２の移動量を取得させる。 The measurement point information acquisition unit 542 moves the probe 21 to a plurality of measurement points in the measurement space in a state where the probe 211A is restrained by the restraining means 6, and the amount of movement of the probe 21 from the reference position at each measurement point, And the movement amount of the drive mechanism 22 is acquired. Specifically, the measurement point information acquisition unit 542 moves the probe 21 to each measurement point by causing the command unit 51 to output a position command value, and causes the movement amount acquisition unit 52 to move the probe 21 from the reference position. And the movement amount of the drive mechanism 22 is acquired.

そして、補正パラメータ算出部５４は、測定点情報取得部５４２にて取得されるプローブ２１の移動量、及び駆動機構２２の移動量に基づいて、補正パラメータＡを算出する。
すなわち、本実施形態では、補正パラメータ算出装置は、拘束手段６と、補正パラメータ算出部５４とで構成されている。 Then, the correction parameter calculation unit 54 calculates the correction parameter A based on the movement amount of the probe 21 and the movement amount of the drive mechanism 22 acquired by the measurement point information acquisition unit 542.
In other words, in the present embodiment, the correction parameter calculation device includes the restraining means 6 and the correction parameter calculation unit 54.

〔補正パラメータの算出方法〕
図７は、補正パラメータ算出部５４による補正パラメータＡの算出方法を示すフローチャートである。
三次元測定機１の使用者は、拘束手段６にて測定子２１１Ａを拘束した状態で補正パラメータＡの算出を開始する。
補正パラメータＡの算出を開始すると、基準位置設定部５４１は、拘束手段６にて測定子２１１Ａを拘束した状態でプローブ２１の移動量が０となる位置を基準位置として設定する（ステップＳＴ１）。 [Calculation method of correction parameters]
FIG. 7 is a flowchart showing a method for calculating the correction parameter A by the correction parameter calculation unit 54.
The user of the coordinate measuring machine 1 starts calculation of the correction parameter A in a state where the probe 211A is restrained by the restraining means 6.
When the calculation of the correction parameter A is started, the reference position setting unit 541 sets a position where the movement amount of the probe 21 becomes 0 in a state where the measuring element 211A is restrained by the restraining means 6 as a reference position (step ST1).

基準位置設定部５４１にて基準位置が設定されると、測定点情報取得部５４２は、拘束手段６にて測定子２１１Ａを拘束した状態でプローブ２１を測定空間内における複数の測定点に移動させて各測定点における基準位置からのプローブ２１の移動量、及び駆動機構２２の移動量を取得する（ステップＳＴ２）。 When the reference position is set by the reference position setting unit 541, the measurement point information acquisition unit 542 moves the probe 21 to a plurality of measurement points in the measurement space in a state where the measuring element 211A is constrained by the restraining means 6. Then, the movement amount of the probe 21 from the reference position and the movement amount of the drive mechanism 22 at each measurement point are acquired (step ST2).

ここで、測定子２１１Ａの位置は、拘束手段６によって拘束されているので、プローブ２１を移動させたときのプローブ２１の移動量と、駆動機構２２の移動量とは、互いに逆方向の同じ大きさの移動量となる。したがって、プローブ２１、及び駆動機構２２の座標系が一致している場合には、以下の式（７）に示すように、駆動機構２２の移動量、及びプローブ２１の移動量を合成することで測定値を算出すると、測定値は０になる。 Here, since the position of the probe 211A is constrained by the restraining means 6, the amount of movement of the probe 21 when the probe 21 is moved and the amount of movement of the drive mechanism 22 are the same in the opposite directions. This is the amount of movement. Therefore, when the coordinate systems of the probe 21 and the drive mechanism 22 match, as shown in the following formula (7), the movement amount of the drive mechanism 22 and the movement amount of the probe 21 are synthesized. When the measurement value is calculated, the measurement value becomes zero.

これに対して、プローブ２１、及び駆動機構２２の座標系が一致していない場合には、測定値は０にならないので、以下の式（８）に示すように、測定値が０となるように補正パラメータＡを算出すればよい。 On the other hand, when the coordinate systems of the probe 21 and the drive mechanism 22 do not match, the measured value does not become 0, so that the measured value becomes 0 as shown in the following equation (8). Then, the correction parameter A may be calculated.

また、式（８）を変形すると、以下の式（９）を得ることができる。 Moreover, the following formula (9) can be obtained by transforming the formula (8).

上述した式（９）において、補正パラメータＡの未知数は９個であるので、これらの未知数を算出することができる十分な数の測定点におけるプローブ２１の移動量、及び駆動機構２２の移動量を測定点情報取得部５４２にて取得すれば、最小二乗法などによって補正パラメータＡを算出することができる。
例えば、測定点情報取得部５４２にて測定される測定点の数をｎ個とすれば、連立方程式は、以下の式（１０）によって表すことができる。 In Equation (9) described above, there are nine unknowns of the correction parameter A. Therefore, the amount of movement of the probe 21 and the amount of movement of the drive mechanism 22 at a sufficient number of measurement points at which these unknowns can be calculated. If acquired by the measurement point information acquisition unit 542, the correction parameter A can be calculated by the least square method or the like.
For example, if the number of measurement points measured by the measurement point information acquisition unit 542 is n, the simultaneous equations can be expressed by the following equation (10).

上述した式（１０）において、プローブ２１の移動量、及び駆動機構２２の移動量をＸ_ｐ,Ｘ_ｍとおいて単純化すれば、以下の式（１１）を得ることができる。 In the above equation (10), the following equation (11) can be obtained by simplifying the movement amount of the probe 21 and the movement amount of the drive mechanism 22 as X _p and X _m .

そして、左辺が補正パラメータＡとなるように、上述した式（１１）を変形すれば、以下の式（１２）を得ることができる。 Then, if the above-described equation (11) is modified so that the left side becomes the correction parameter A, the following equation (12) can be obtained.

したがって、測定点情報取得部５４２にて基準位置からのプローブ２１の移動量、及び駆動機構２２の移動量が取得されると、補正パラメータ算出部５４は、上述した式（１２）に示すように、測定点情報取得部５４２にて取得されるプローブ２１の移動量、及び駆動機構２２の移動量に基づいて、補正パラメータＡを算出する（ステップＳＴ３）。
そして、補正パラメータ算出部５４は、算出した補正パラメータＡを記憶部５５に記憶させる。 Therefore, when the movement amount of the probe 21 from the reference position and the movement amount of the drive mechanism 22 are acquired by the measurement point information acquisition unit 542, the correction parameter calculation unit 54, as shown in the above equation (12). The correction parameter A is calculated based on the movement amount of the probe 21 and the movement amount of the drive mechanism 22 acquired by the measurement point information acquisition unit 542 (step ST3).
Then, the correction parameter calculation unit 54 stores the calculated correction parameter A in the storage unit 55.

このような本実施形態によれば以下の効果がある。
（１）補正パラメータ算出装置は、拘束手段６と、拘束手段６にて基準位置に測定子２１１Ａを拘束した状態で、プローブ２１をあらゆる方向の測定点に移動させて各測定点における基準位置からのプローブ２１の移動量、及び駆動機構２２の移動量を取得する測定点情報取得部５４２とを備えているので、十分な範囲で有効な測定値を得ることができる。したがって、補正パラメータ算出装置は、補正パラメータＡの算出にかかる時間を短縮することができ、適切な補正パラメータＡを算出することができる。また、補正パラメータ算出装置にて適切な補正パラメータＡを算出することができるので、三次元測定機１は、測定精度を向上させることができる。 According to this embodiment, there are the following effects.
(1) The correction parameter calculation apparatus moves the probe 21 to the measurement point in any direction from the reference position at each measurement point in a state in which the probe 211A is restricted to the reference position by the restriction means 6 and the restriction means 6. Since the measurement point information acquisition unit 542 for acquiring the movement amount of the probe 21 and the movement amount of the drive mechanism 22 is provided, an effective measurement value can be obtained within a sufficient range. Therefore, the correction parameter calculation apparatus can reduce the time required for calculating the correction parameter A and can calculate an appropriate correction parameter A. Further, since the appropriate correction parameter A can be calculated by the correction parameter calculation device, the coordinate measuring machine 1 can improve the measurement accuracy.

（２）拘束手段６は、測定子２１１Ａの回転変位を拘束することなく測定子２１１Ａの並進変位を拘束するので、補正パラメータ算出装置は、適切な補正パラメータＡを算出することができる。
（３）拘束手段６は、２つの押圧部材６１Ａ,６１Ｂを備え、各押圧部材６１Ａ，６１Ｂには、各柱状部６２１Ａ，６２１Ｂが設けられているので、拘束手段６は、簡素な構成で測定子２１１Ａの並進変位を拘束することができる。また、拘束手段６は、各押圧部材６１Ａ，６１Ｂの押圧力を調整することで測定子２１１Ａの回転変位を拘束することなく測定子２１１Ａの並進変位を拘束することができる。 (2) Since the restraining means 6 restrains the translational displacement of the measuring element 211A without restricting the rotational displacement of the measuring element 211A, the correction parameter calculating device can calculate an appropriate correction parameter A.
(3) The restraining means 6 includes two pressing members 61A and 61B. Since the pressing members 61A and 61B are provided with the columnar portions 621A and 621B, the restraining means 6 is measured with a simple configuration. The translational displacement of the child 211A can be constrained. Further, the restraining means 6 can restrain the translational displacement of the measuring element 211A without adjusting the rotational displacement of the measuring element 211A by adjusting the pressing force of each of the pressing members 61A and 61B.

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
図８は、本発明の第２実施形態に係る拘束手段６Ａにて測定子２１１Ａを拘束した状態を示す模式図である。
なお、以下の説明では、既に説明した部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
前記第１実施形態では、各柱状部６２１Ａ，６２１Ｂは、各押圧部材６１Ａ，６１Ｂに固定されていた。
これに対して、本実施形態では、図８に示すように、各柱状部６２２Ａ，６２２Ｂは、円柱状に形成され、中心軸回りに回転自在に各押圧部材６１Ａ，６１Ｂ（図示略）に設けられている点で異なる。 [Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a state in which the probe 211A is restrained by the restraining means 6A according to the second embodiment of the present invention.
In the following description, parts that have already been described are assigned the same reference numerals and description thereof is omitted.
In the first embodiment, the columnar portions 621A and 621B are fixed to the pressing members 61A and 61B.
On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 8, each columnar portion 622A, 622B is formed in a columnar shape and is provided on each pressing member 61A, 61B (not shown) so as to be rotatable around the central axis. Is different.

このような本実施形態においても、前記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
すなわち、各柱状部６２２Ａ，６２２Ｂは、測定子２１１Ａの回転変位に応じて回転することができるので、拘束手段６Ａは、測定子２１１Ａの回転変位を拘束することなく測定子２１１Ａの並進変位を拘束することができる。 In this embodiment as well, the same operations and effects as those of the first embodiment can be achieved, and the following operations and effects can be achieved.
That is, since each columnar part 622A, 622B can rotate according to the rotational displacement of the measuring element 211A, the restraining means 6A restrains the translational displacement of the measuring element 211A without restricting the rotational displacement of the measuring element 211A. can do.

〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態を図面に基づいて説明する。
図９は、本発明の第３実施形態に係る拘束手段６Ｂにて測定子２１１Ａを拘束した状態を示す模式図である。
前記第１実施形態では、拘束手段６は、２つの押圧部材６１Ａ,６１Ｂを備え、各押圧部材６１Ａ，６１Ｂに設けられた各柱状部６２１Ａ，６２１Ｂを測定子２１１Ａに当接させることで測定子２１１Ａの回転変位を拘束することなく測定子２１１Ａの並進変位を拘束していた。
これに対して、本実施形態では、拘束手段６Ｂは、図９に示すように、４つの押圧部材６４を備え、各押圧部材６４に設けられた当接部材６４１を測定子２１１Ａに当接させることで測定子２１１Ａの回転変位を拘束することなく測定子２１１Ａの並進変位を拘束する点で異なる。 [Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 9 is a schematic diagram showing a state in which the probe 211A is restrained by the restraining means 6B according to the third embodiment of the present invention.
In the first embodiment, the restraining means 6 includes two pressing members 61A and 61B, and the measuring member 211A is brought into contact with the columnar portions 621A and 621B provided on the pressing members 61A and 61B. The translational displacement of the probe 211A was constrained without constraining the rotational displacement of 211A.
On the other hand, in the present embodiment, the restraining means 6B includes four pressing members 64 as shown in FIG. 9, and causes the contact members 641 provided on the respective pressing members 64 to contact the measuring element 211A. This is different in that the translational displacement of the probe 211A is restricted without restricting the rotational displacement of the probe 211A.

具体的に、拘束手段６Ｂは、測定子２１１Ａの中心に向かって測定子２１１Ａを押圧する４つの押圧部材６４を備える。
各押圧部材６４は、測定子２１１Ａに当接する球状の当接部材６４１と、当接部材６４１を、当接部材６４１の中心を回転中心として回転自在に支持する支持部材６４２とを備える。 Specifically, the restraining means 6B includes four pressing members 64 that press the measuring element 211A toward the center of the measuring element 211A.
Each pressing member 64 includes a spherical abutting member 641 that abuts against the probe 211A, and a support member 642 that supports the abutting member 641 rotatably about the center of the abutting member 641.

このような本実施形態においても、前記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる他、以下の作用、効果を奏することができる。
すなわち、拘束手段６Ｂは、４つの押圧部材６４を備え、各押圧部材６４は、各当接部材６４１を備えているので、拘束手段６Ｂは、簡素な構成で測定子２１１Ａの並進変位を拘束することができる。また、当接部材６４１は、支持部材６４２にて当接部材６４１の中心を回転中心として回転自在に支持されているので、拘束手段６Ｂは、測定子２１１Ａの回転変位を拘束することなく測定子２１１Ａの並進変位を拘束することができる。 In this embodiment as well, the same operations and effects as those of the first embodiment can be achieved, and the following operations and effects can be achieved.
That is, the restraining means 6B includes four pressing members 64, and each pressing member 64 includes each contact member 641. Therefore, the restraining means 6B restrains the translational displacement of the probe 211A with a simple configuration. be able to. Further, since the contact member 641 is supported by the support member 642 so as to be rotatable about the center of the contact member 641 as a rotation center, the restraining means 6B does not restrain the rotational displacement of the probe 211A. The translational displacement of 211A can be constrained.

なお、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記各実施形態では、補正パラメータ算出装置は、拘束手段６，６Ａ，６Ｂを備えていたが、これら以外の拘束手段を備えていてもよい。要するに、補正パラメータ算出装置は、測定子の回転変位を拘束することなく測定子２１１Ａの並進変位を拘束する拘束手段を備えていればよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope in which the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.
For example, in each of the embodiments described above, the correction parameter calculation device includes the restraining means 6, 6A, and 6B, but may include other restraining means. In short, the correction parameter calculation device only needs to include a restraining unit that restrains the translational displacement of the probe 211A without restricting the rotational displacement of the probe.

前記各実施形態では、基準位置設定部５４１は、拘束手段６，６Ａ，６Ｂにて測定子２１１Ａを拘束した状態でプローブ２１の移動量が０となる位置を基準位置として設定していたが、測定子に外力が加わっていない状態で基準位置を設定し、プローブの移動量を変化させることなく拘束手段にて測定子を拘束するようにしてもよい。
前記第３実施形態では、拘束手段６Ｂは、４つの押圧部材６４を備えていたが、５つ以上の押圧部材を備えていてもよい。 In each of the above-described embodiments, the reference position setting unit 541 sets the position where the amount of movement of the probe 21 becomes 0 in a state where the measuring element 211A is constrained by the restraining means 6, 6A, 6B as the reference position. The reference position may be set in a state where no external force is applied to the probe, and the probe may be restrained by the restraining means without changing the amount of movement of the probe.
In the third embodiment, the restraining means 6B includes the four pressing members 64, but may include five or more pressing members.

本発明の第１実施形態に係る三次元測定機の概略構成を示すブロック図。The block diagram which shows schematic structure of the coordinate measuring machine which concerns on 1st Embodiment of this invention. 前記実施形態における三次元測定機本体を示す全体模式図。The whole schematic diagram which shows the coordinate measuring machine main body in the said embodiment. 前記実施形態におけるプローブの拡大模式図。The enlarged schematic diagram of the probe in the said embodiment. 前記実施形態におけるプローブと、プローブセンサとの関係を示す模式図。The schematic diagram which shows the relationship between the probe in the said embodiment, and a probe sensor. 前記実施形態における拘束手段にて測定子を拘束した状態を示す模式図。The schematic diagram which shows the state which restrained the measuring element with the restraining means in the said embodiment. 前記実施形態における測定子の並進変位を拘束した状態におけるプローブと、プローブセンサとの関係を示す模式図。The schematic diagram which shows the relationship between the probe in the state which restrained the translational displacement of the measuring element in the said embodiment, and a probe sensor. 前記実施形態における補正パラメータ算出部による補正パラメータの算出方法を示すフローチャート。The flowchart which shows the calculation method of the correction parameter by the correction parameter calculation part in the said embodiment. 本発明の第２実施形態に係る拘束手段にて測定子を拘束した状態を示す模式図。The schematic diagram which shows the state which restrained the measuring element with the restraining means which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態に係る拘束手段にて測定子を拘束した状態を示す模式図。The schematic diagram which shows the state which restrained the measuring element with the restraining means which concerns on 3rd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…三次元測定機
６，６Ａ，６Ｂ…拘束手段（補正パラメータ算出装置）
２１…プローブ
２２…駆動機構
５４…補正パラメータ算出部（補正パラメータ算出装置）
６１Ａ，６１Ｂ…押圧部材
６４…押圧部材
２１１Ａ…測定子
５４１…基準位置設定部
５４２…測定点情報取得部
６２１Ａ，６２１Ｂ…柱状部
６２２Ａ，６２２Ｂ…柱状部
６４１…当接部材
６４２…支持部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Three-dimensional measuring machine 6, 6A, 6B ... Restriction means (correction parameter calculation apparatus)
21 ... Probe 22 ... Drive mechanism 54 ... Correction parameter calculation unit (correction parameter calculation device)
61A, 61B ... Pressing member 64 ... Pressing member 211A ... Measurement element 541 ... Reference position setting unit 542 ... Measurement point information acquisition unit 621A, 621B ... Columnar portion 622A, 622B ... Columnar portion 641 ... Abutting member 642 ... Supporting member

Claims

一定の範囲内で移動可能に構成され、被測定物に接触する球状の測定子を有するプローブと、前記プローブを保持するとともに、駆動する駆動機構とを備える三次元測定機であって、
前記プローブの座標系を補正するための補正パラメータを算出する補正パラメータ算出装置を備え、
前記補正パラメータ算出装置は、
前記測定子の中心を回転中心とする回転変位を拘束することなく前記測定子の任意の方向への並進変位を拘束する拘束手段と、
前記プローブの移動量が０となる位置を基準位置として設定する基準位置設定部と、
前記拘束手段にて前記基準位置に前記測定子を拘束した状態で前記プローブを測定空間内における複数の測定点に移動させて前記各測定点における前記基準位置からの前記プローブの移動量、及び前記駆動機構の移動量を取得する測定点情報取得部とを備え、
前記測定点情報取得部にて取得される前記プローブの移動量、及び前記駆動機構の移動量に基づいて、前記補正パラメータを算出することを特徴とする三次元測定機。 A three-dimensional measuring machine that is configured to be movable within a certain range and includes a probe having a spherical probe that contacts a measurement object, and a drive mechanism that holds and drives the probe,
A correction parameter calculation device for calculating a correction parameter for correcting the coordinate system of the probe;
The correction parameter calculation device includes:
Constraint means for constraining translational displacement in an arbitrary direction of the probe without restricting rotational displacement about the center of the probe as a rotation center;
A reference position setting unit that sets a position where the amount of movement of the probe is 0 as a reference position;
The amount of movement of the probe from the reference position at each measurement point by moving the probe to a plurality of measurement points in a measurement space in a state where the probe is constrained to the reference position by the constraint means, and A measurement point information acquisition unit for acquiring the movement amount of the drive mechanism,
A three-dimensional measuring machine characterized in that the correction parameter is calculated based on a movement amount of the probe and a movement amount of the drive mechanism acquired by the measurement point information acquisition unit.

請求項１に記載の三次元測定機において、The three-dimensional measuring machine according to claim 1,
前記拘束手段は、前記測定子を押圧して当該測定子を拘束する押圧部材を備えるThe restraining means includes a pressing member that presses the measuring element and restricts the measuring element.
ことを特徴とする三次元測定機。A three-dimensional measuring machine characterized by that.

請求項２に記載の三次元測定機において、
前記拘束手段は、
前記測定子を挟んで対向して配設され、前記対向方向に沿って前記測定子を押圧する２つの前記押圧部材を備え、
前記各押圧部材には、前記対向方向と直交するとともに、互いに平行する軸方向を有し、前記測定子に向かって突出する柱状に形成される２つの柱状部がそれぞれ設けられ、
一方の前記押圧部材における前記各柱状部、及び他方の前記押圧部材における前記各柱状部は、軸方向が互いに直交するように設けられ、前記測定子に当接することを特徴とする三次元測定機。 The three-dimensional measuring machine according to claim 2 ,
The restraining means is
Wherein across the measuring element is arranged to face, with two of the pressing member for pressing the measuring element along the opposite direction,
Each of the pressing members is provided with two columnar portions that are orthogonal to the facing direction and have an axial direction parallel to each other and are formed in a columnar shape protruding toward the measuring element,
The three-dimensional measuring machine characterized in that each columnar portion in one of the pressing members and each columnar portion in the other pressing member are provided so that their axial directions are orthogonal to each other and abut against the measuring element. .

請求項３に記載の三次元測定機において、
前記各柱状部は、円柱状に形成され、中心軸回りに回転自在に設けられていることを特徴とする三次元測定機。 The three-dimensional measuring machine according to claim 3 ,
Each of the columnar portions is formed in a columnar shape, and is provided so as to be rotatable around a central axis.

請求項２に記載の三次元測定機において、
前記拘束手段は、
前記測定子の中心に向かって前記測定子を押圧する少なくとも４つの前記押圧部材を備え、
前記各押圧部材は、
前記測定子に当接する球状の当接部材と、
前記当接部材を、前記当接部材の中心を回転中心として回転自在に支持する支持部材とを備えることを特徴とする三次元測定機。 The three-dimensional measuring machine according to claim 2 ,
The restraining means is
Comprising at least four of said pressing member to press the measuring element toward the center of the gauge head,
Each pressing member is
A spherical abutting member that abuts against the measuring element;
A three-dimensional measuring machine comprising: a support member that rotatably supports the contact member with a center of the contact member as a rotation center.