JP6670162B2 - 三次元座標測定器 - Google Patents

Description

本発明は三次元座標測定器に関する

対象物（ワークピース）の外形輪郭の三次元座標を検出するのに三次元座標測定装置が知られている。三次元座標測定装置は、リジッドなフレーム構造を備えた門型タイプ、多関節アームの先端にプローブを備えたアームタイプなどの機械式三次元座標測定器が普及している。例えば門型タイプの三次元座標測定装置は、高精度の座標検出をハードの観点から可能にする設計思想に基づいて作られている。このことから門型タイプの三次元座標測定装置は典型的には恒温室の中に設置して使用され、また、装置の操作には専門性が要求される。

上記機械式とは別のタイプとして、光学式の三次元座標測定器が知られている（特許文献１）。特許文献１の光学式三次元座標測定器は、カメラと、オペレータが手に持って操作して、測定位置を指示するためのプローブと、ワークピースを固定するテーブルとを有し、プローブにはプローブマーカが設けられている。この光学式三次元座標測定器は、プローブマーカをカメラで撮像して画像を取得する。そして、画像処理によってワークピースの計測ポイントの位置座標を求めることができる。

機械式の三次元座標測定器との対比で光学式三次元座標測定器の利点は、カメラで撮像するタイミングの瞬間だけプローブとカメラとの間の相対関係つまり光学的な関係が固定されていれば、所定の測定精度を確保できるという点にある。

ＪＰ特開２０１５−２０６６４４号公報

機械式の三次元測定器にあってはプローブの可動範囲により測定範囲が限定されており、また、光学式の三次元測定器にあってはカメラの撮像範囲により測定範囲が限定されており、これらの測定範囲により適用可能なワークピースのサイズが制限される。測定範囲を拡大しようとすると、機械強度を補強するために装置が大型化したり、測定範囲の拡大に伴い測定精度が低下してしまう。

ここで、ワークピースを可動載置台に載置することで、測定範囲の実質的な拡大を見込めるが、載置台のガタや移動方向以外の意図しない変位が測定精度を左右する原因となってしまう。

本発明の目的は、測定精度を維持しつつ適用範囲を拡大することのできる三次元座標測定器を提供することにある。

テーブルと、その上の測定対象物との関係は、テーブルの上に立って測定対象物を見たときは、テーブルが変位したとしても変化しない。この観点に立脚して本発明を提案するものである。

上記の技術的課題は、本発明によれば、
測定対象物を載置するためのテーブルと、
該テーブル上の測定対象物の測定位置を指示するためのプローブと、
該プローブの位置及び姿勢を特定するプローブ位置及び姿勢特定手段と、
前記テーブルの位置及び姿勢を特定するための複数のステージマーカを有し、前記テーブルに着脱自在なステージマーカユニットと、
前記ステージマーカを含む画像を取得するための撮像装置と、
該撮像装置が取得した撮像画像に含まれる前記複数のステージマーカに基づいて前記撮像装置に対する前記テーブルの位置及び姿勢を特定するテーブル位置及び姿勢特定手段と、
該テーブル位置及び姿勢特定手段が特定した前記テーブルの位置及び姿勢と、前記プローブ位置及び姿勢特定手段が特定した前記プローブの位置及び姿勢とに基づいて、該プローブが指示する測定位置の前記ステージに対する相対位置座標を求める演算手段とを有する三次元座標測定器を提供することにより達成される。

ここに上記の「相対位置座標」は、テーブルの上に立って測定対象物を見たときの測定対象物の位置座標を意味する。したがって、テーブルが例えば振動により変位したとしても、相対位置座標はテーブルの変位によって左右されない。また、テーブルを変位自在に構成し、適用できる範囲を超えた大きさのワークピースに対してテーブルを変位させて測定したとしても、相対位置座標はテーブルの変位によって左右されない。

従来の光学式三次元座標測定器は、定置した撮像装置によって、プローブに配置した複数のプローブマーカを撮影することで、プローブの位置及び姿勢を特定する。本発明において、プローブと同じ手法で、テーブルの位置及び姿勢を特定すればよい。

本発明の作用効果及び他の目的は、本発明の好ましい実施例の詳細な説明から明らかになろう。

実施例の光学式三次元座標測定器を含むシステムの斜視図である。 パーソナルコンピュータ及び光学式三次元座標測定器で構成される三次元座標測定システムの機能ブロック図である。 実施例の光学式三次元座標測定器の側面図である。 実施例の光学式三次元座標測定器に含まれるプローブの斜視図である。 プローブのケースの中に収容される保持部材及びこの保持部材の中に収容される光学要素を説明するための分解斜視図である。 プローブマーカの主要な構成要素であるマーカ部材の断面図である。 光学要素が組み込まれた保持部材の部分断面図である。 実施例の光学式三次元座標測定器に含まれるステージユニットの斜視図である。 実施例の光学式三次元座標測定器の斜視図であり、変位可能なテーブルが原位置に位置している状態を示す。 ステージユニットに搭載可能なステージマーカユニットの斜視図である。 ステージマーカユニットの平面図である。 ステージマーカユニットの分解斜視図である。 図１１のXIII−XIII線に沿った断面図である。 実施例の光学式三次元座標測定器の斜視図であり、変位可能なテーブルが原位置から回転した状態を示す。 実施例の光学式三次元座標測定器に搭載された主撮像ユニットによる検出を説明するための図である。 テーブルを原位置から変位させた状態で計測操作を行った状態変化を模式的に説明するための図である。 撮像画像を使って光学的にプローブ及びテーブルの位置及び姿勢を特定するメカニズムを説明するための図である。 複数の主撮像ユニットで同じ撮像空間をステレオ視する例を説明するための図である。 図８と同様にステージユニットの斜視図であり、ステージマーカユニットを取り外した状態を示す。 テーブルのX軸方向の移動機構を説明するための図である。 ステージユニットの平面図であり、テーブルが原位置に位置した状態を示す。 図２１のXXII−XXII線に沿った断面図である。 ステージユニットの斜視図であり、ステージユニットからテーブルを取り外した状態を示す。 テーブルの変位に対する抵抗要素であるメイン抵抗機構部品の斜視図である。 メイン抵抗機構部品の平面図である。 図２５のXXVI−XXVI線に沿った断面図である。 メイン抵抗機構部品に組み込まれた歯車がラック部材と噛み合って、当該メイン抵抗機構部品がテーブルのＸ軸方向の変位に対して作用することを説明するための図である。 テーブルの回転に対して作用するメイン抵抗機構部品とテーブルとの関係を説明するための図である。 テーブルの回転に対して作用するメイン抵抗機構部品とテーブルとの関係を説明するための断面図である。 変形例としてテーブルがＸ軸方向、回転方向、Y軸方向に変位可能な構成を説明するための図である。 ステージユニットの部分斜視図であり、ステージユニットの角部にテーブルロック機構の操作レバーが配置されていることを示し、ここに操作レバーはアンロック状態である。 図３１と同様にテーブルロック機構の操作レバーを示すステージユニットの部分斜視図であり、ここに操作レバーはロック状態である。 テーブルロック機構の一部を構成するロック穴を説明するための図であり、テーブルの角部の下面を示す。 ステージ基台の角部を示す部分斜視図であり、ここに操作レバーはロック状態であり、これに伴ってロックピンが上方に突出した状態にある。 テーブルロック機構の全体構成図であり、アンロック状態を示す。 テーブルロック機構の全体構成図であり、ロック状態を示す。 操作レバーがアンロック位置にあるときのロックピンの状態を説明するための図であり、(I)はロックピンの平面図であり、(II)はロックピンの断面図である。 操作レバーをロック位置に位置決めした直後のロックピンの状態を説明するための図であり、(I)はロックピンの平面図であり、(II)はロックピンの断面図である。 操作レバーがロック位置に位置決めされ、テーブルがロックピンによって固定され続けているときの状態を説明するための図であり、(I)はロックピンの平面図であり、(II)はロックピンの断面図である。 可動テーブルを備えたステージユニットの内部配線を説明するための光学式三次元座標測定器の斜視図である。 可動テーブルを備えたステージユニットの内部配線を説明するためのステージユニットの断面図である。 実施例の光学式三次元座標測定器に含まれる主撮像ユニットが脱着可能であることを説明するための図である。 実施例の光学式三次元座標測定器に含まれる主撮像ユニットが脱着可能であることを説明すると共に主撮像ユニットの電気的な接続構造を説明するための図である。 ステージマーカユニットに含まれる要素及び本体とのインターフェースを説明するための図である。 作業者が測定作業を行うときの手順を説明するためのフローチャートである。 作業者が測定作業中に表示部に表示可能なナビゲーション画像の一例を示す図である。 表示部に表示可能なナビゲーション情報の一つであるテーブル変位に関する情報の表示例を説明するための図である。 作業者が測定作業中に表示部に表示可能なナビゲーション画像の他の例を示す図である。 一連の作業が完了した時点における表示例を示す図である。 作業者が測定作業を行う際に表示部に表示可能なテーブル変位に関するナビゲーション画像の一例を示す図である。 設定された作業点とは異なる点を測定したときに表示部に表示される警告表示の一例を示す図である。 テーブルロックが設定されていることを条件に作業者がアンロック状態で測定したときに表示部に表示される警告表示の一例を示す図である。 テーブルを変位することが可能な範囲を表示部に表示する例を説明するための図である。 テーブルの可動性を利用して測定精度を維持するのが良い同軸測定に関し、貫通穴を備えたワークピースをその一端側から見た図である。 貫通穴を備えたワークピースの一端側の開口部を測定する際に、テーブルをX軸のプラス側に移動させた例を説明するための図である。 貫通穴を備えたワークピースの他端側の開口部を測定する際に、テーブルをX軸のマイナス側に移動させた例を説明するための図である。 ワークピースの貫通穴の一端側及び他端側の開口部の円筒形状を重畳表示した例を示す図である。 測定作業において同軸度測定モードを設定することのできる測定条件設定画面の一部を示す図である。 ワークピースの測定作業において、テーブルを反時計方向に回転させた例を説明するための図である。 ワークピースの測定作業において、テーブルを時計方向に回転させた例を説明するための図である。

以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例を説明する。

システムの全体構成：
図１〜図１７は測定システムの全体概要を説明するための図である。図１は、実施例の光学式三次元座標測定器CMIを含む三次元座標測定システムの斜視図である。光学式三次元座標測定器CMIは製造現場で作業者でも操作可能となるように設計されている。図１を参照して、光学式三次元座標測定器CMIは本体１００とプローブ２００と本体操作部３００とを有し、プローブ２００及び本体操作部３００は有線又は無線により本体１００に接続される。プローブ２００は、オペレータが操作して測定位置を指定するのに用いられる。光学式三次元座標測定器CMIはパーソナルコンピュータPCに接続して使用される。パーソナルコンピュータPCにプリンタを接続して、測定結果などをプリントアウトできるようにしてもよい。

パーソナルコンピュータPC及び光学式三次元座標測定器CMIで構成される三次元座標測定システムの全体構成を図２に示す。図２を参照して、パーソナルコンピュータPCは、周知のように、記憶部２と、制御部（ＣＰＵ）４と、キーボード、マウスなどの操作部６を備えている。

図１に戻って、本体１００は、水平部１０２と、水平部１０２の一端から起立する起立部１０４とを有し、水平部１０２の他端部には、矩形のテーブル４００が変位可能に搭載されている。また、水平部１０２と起立部１０４との合流部分に表示部５００が傾斜した状態で配置されている。表示部５００には、測定対象物の三次元座標測定に関連した情報が表示される。

水平部１０２において、起立部１０４の近傍つまりテーブル４００と起立部１０４との間に、図１では作図上の理由から現れていないが、制御基板（図２、図９の参照符号１０６）が内蔵されている。制御基板１０６には、図示しないＡ／Ｄ変換器（アナログ／デジタル変換器）およびFIFO（First In First Out）メモリが実装される。

主撮像部（定置カメラ）：
起立部１０４の上端には主撮像ユニット６００が配設されている。主撮像ユニット６００は起立部１０４と一体であってもよいが、好ましくは起立部１０４に対して脱着可能であるのがよい。主撮像ユニット６００を脱着構造とすることで、主撮像ユニット６００を取り外した状態で搬送することができる。したがって、主撮像ユニット６００の校正のために、光学式三次元座標測定器CMIの全てを搬送する必要はない。主撮像ユニット６００にメモリ（図示せず）を搭載するのがよい。このメモリに校正データを記憶させることができる。

主撮像ユニット６００は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）カメラである。電子カメラの撮像素子は、後に説明するマーカが赤外線を発光する場合には、これに対応して赤外線を検出可能なＣＭＯＳ（相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサで構成するのがよい。主撮像ユニット６００は、予め定められた撮像空間Ｖ（後述する図３）を撮像するように一定姿勢で起立部１０４に固定される。具体的には、定置した主撮像ユニット６００は、カメラの光軸を下方に傾斜してテーブル４００に向かうように位置決めされている（図３）。

表示部５００は、例えば液晶ディスプレイパネルまたは有機ＥＬパネルなどの平面ディスプレイにより構成されるのが望ましい。表示部５００には、制御基板１０６（図２）による制御に基づいて、パーソナルコンピュータPCが生成した画像、光学式三次元座標測定器CMIの操作手順画面つまりナビゲーション画面、または測定の結果等が表示される。

プローブ： プローブ２００を拡大して図示する図４を参照して、プローブ２００は略Ｔ字状の外形形状を有する。すなわち、プローブ２００は、オペレータが手で把持してプローブ２００を操作する把持部２０２と、この把持部２０２の一端と交差して直線状に延びるマーカ設置部２０４とを有し、マーカ設置部２０４の長手方向中央部分に把持部２０２の一端が合流する形状を有する。プローブ２００の外形形状を更に詳しく説明すると、把持部２０２は第１の方向Ｄ１に延び、そして、マーカ設置部２０４は第１の方向Ｄ１と交差する第２の方向Ｄ２に延びる。第１の方向Ｄ１と第２の方向Ｄ２とがなす角度を、把持部２０２とマーカ設置部２０４の前部分とがなす角度φと定義すると、角度φは鋭角であるのが好ましい。

図示のプローブ２００には、把持部２０２の下端に接続された配線２０６を通じて電源が供給されるが、変形例として、プローブ２００の中にバッテリを内蔵させてもよい。プローブ２００は、作図上の理由から図示を省いたが、メモリが内蔵されている。このメモリにプローブ２００の校正データが保存される。

プローブ２００は接触式であり、マーカ設置部２０４の一端面にスタイラス２０８が取り付けられている。スタイラス２０８は、その先端に球状の接触子２０８aを有する。変形例として接触子２０８aは針状であってもよい。勿論、プローブ２００は非接触式であってもよい。

説明を分かり易くするため、前後、上下という言葉を使う。この前後、上下という言葉は、プローブ２００をオペレータが把持したときの状態で定義される。スタイラス２０８はマーカ設置部２０４の前端に位置している。そして、マーカ設置部２０４は前後に延びている。そして、把持部２０２はマーカ設置部２０４の長手方向中央部分から下方に延びている。

マーカ設置部２０４の前端面には副撮像部（プローブカメラ）２１０が設置されている。副撮像部２１０は、例えばＣＣＤ（電荷結合素子）カメラで構成され、その光軸が前方に差し向けられている。副撮像部２１０の解像度は、主撮像ユニット６００の解像度よりも低くてもよい。副撮像部２１０は、スタイラス２０８の接触子２０８aとの位置関係が既知となる位置に配置される。副撮像部２１０の各画素から受光信号が制御基板１０６（図２）に出力される。

マーカ設置部２０４は上面２０４aを有する。上面２０４aは把持部２０２と対抗して位置している。オペレータがプローブ２００を把持して計測作業を行うときに、上面２０４aを主撮像ユニット（定置カメラ）６００に向けることができる。

マーカ設置部２０４の上面２０４aには複数の第１マーカ２１２が互いに間隔を隔てて配置されている。この第１マーカ２１２を「プローブマーカ」と呼ぶと、複数の第１プローブマーカ２１２の好ましい配置態様を図４に例示的に図示してある。

引き続き図４を参照して、前後に延びる上面２０４aは３つのブロックに分けて合計７つのプローブマーカ２１２が配設されている。第１のブロック２２０は上面２０４の前端部に位置しており、第１ブロック２２０には３つのプローブマーカ２１２が配置されている。第２ブロック２２２は上面２０４aの中央部に位置しており、第２ブロック２２２には２つのプローブマーカ２１２が配置されている。第３ブロック２２４は上面の後端部に位置しており、第３ブロック２２４には２つのプローブマーカ２１２が配置されている。

マーカ設置部２０４の長手方向軸線に関し、図４の参照符号Ｌ1、Ｌ2、Ｌ3は各ブロック２２０、２２２、２２４の長手方向軸線を示す。第１ブロック２２０での３つのプローブマーカ２１２は、任意であるが正三角形の３つの頂点に夫々配置され、そして、上面２０４aの長手方向軸線Ｌ1に線対称に配置されている。第２ブロック２２２での２つのプローブマーカ２１２は、上面２０４aの長手方向軸線Ｌ2上に間隔を隔てて配置されている。第３ブロック２２４での２つのプローブマーカ２１２は、上面２０４aの長手方向軸線Ｌ3と直交するライン上に間隔を隔てて配置されている。

また、第１ブロック２２０の３つのプローブマーカ２１２が占める第１平面ＰＬ(1)と、第２ブロック２２２の２つのプローブマーカ２１２が占める第２平面ＰＬ(2)と、第３ブロック２２４の２つのプローブマーカ２１２が占める第３平面ＰＬ(3)とは互いに平行である。そして、第１平面ＰＬ(1)と第２平面ＰＬ(2)との間には第１の高低差がある。同様に、第２平面ＰＬ(2)と第３平面ＰＬ(3)との間にも第２の高低差がある。第１の高低差と第２の高低差とは同じであってもよいし、異なっていてもよい。なお、実施例のプローブ２００では、図面から良く分かるように、第２ブロック２２２が最も外方に突出している。

上述したように、複数のプローブマーカ２１２を互いに間隔を隔てて配置することにより後述するプローブ２００の向きの検出精度を向上することができる。また、複数のプローブマーカ２１２の間に高低差を設けることによりプローブ２００の向きの検出精度を一層向上することができる。更に、複数のブロック２２０、２２２、２２４の各ブロックに複数のプローブ２１２を配置し、また、複数のブロック２２０、２２２、２２４の各々のプローブでのプローブ２１２の配置関係を異ならせることにより、プローブ２００の向きの検出精度を更に向上することができる。

プローブマーカ２１２は再帰反射タイプであってもよいが、好ましくは自発光タイプであるのがよい。実施例では、プローブマーカ２１２は、光源として赤外ＬＥＤを採用した自発光タイプのマーカで構成されている。各プローブマーカ２１２から間欠的に、好ましくは定期的に波長８６０nmの赤外線が放出される。複数のプローブマーカ２１２から放出された赤外線は主撮像ユニット６００により撮像される。

図５〜図７は、プローブ２００の内部構造を説明するための図である。プローブ２００は、その外形輪郭を形成するケースの中に保持部材２３０を有する。保持部材２３０は、吸湿性が低くかつ線膨張係数が小さい材料からなる。保持部材２３０の線膨張係数は、30×10^−６／Ｋ以下であることが好ましい。保持部材２３０の材料として、例えばガラス、セラミックス、金属、合金またはガラスセラミックスが用いられる。特に、軽量でかつ低コストな石英ガラスが用いられることが好ましい。石英ガラスの線膨張係数は、0.5×10^−６／Ｋである。

保持部材２３０は、第１ブロック２２０を規定する略三角形の第１窓２３０aと、第２ブロック２２２を規定する第２の窓２３０bと、第３ブロック２２４を規定する第３の窓２３０cとが形成されている。

第１窓２３０a、第２窓２３０b、第３窓２３０cに臨んで、夫々、第１〜第３のマーカ部材２３２a、２３２b、２３２cが位置し、また、その下に、第１〜第３の拡散板２３４a、２３４b、２３４cが位置し、また、その下に、第１〜第３の発光基板２３６a、２３６b、２３６cが位置している。

第１〜第３のマーカ部材２３２a、２３２b、２３２cは基本的には同じ構成を有していることから、これを総称してマーカ部材２３２と呼ぶと、図６はマーカ部材２３２の断面図である。マーカ部材２３２の一面（図６の上面）には、前述したプローブマーカ２１２に対応する円形の光透過領域CRが形成されている。

図６を参照して、マーカ部材２３２の主要な材料は、平らなガラス板からなる板状部材ＧＰである。板状部材ＧＰは、高い透光性を有する。板状部材ＧＰの材料として、例えば石英ガラスまたはソーダガラスが用いられる。特に、線膨張係数が小さくかつ吸湿性が低い石英ガラスが、板状部材ＧＰの材料として用いられることが好ましい。板状部材ＧＰは、図５を参照して説明した保持部材２３０と同じ材料からなることが好ましい。また、板状部材ＧＰの線膨張係数と保持部材２３０（図５）の線膨張係数との差が小さいほど温度補正が容易となるため好ましい。この実施例では、保持部材２３０および板状部材ＧＰは共に石英ガラスで構成されている。

上述した光透過領域CRは、これを囲むようにして板状部材ＧＰの一面に遮光性のマスクMKを印刷することにより形成されている。すなわち、光透過領域CRは遮光マスクMKによって規定されている。遮光マスクMKは、スパッタ法または蒸着法によって形成してもよい。マスクMKの材料として、ガラスに対する吸着性が高い（付着力が強い）金属材料を用いるのがよい。具体例として例えばクロムを挙げることができる。マスクMKを単一の遮光膜で構成してもよいし、複数の遮光膜を積層してマスクMKを形成してもよい。複数の遮光膜は同じ遮光材料で構成してもよいが、異なる遮光材料で構成するのがよい。すなわち、ガラスと吸着し易い第１の金属材料の遮光膜上に、さらに他の金属材料の遮光膜を積層することにより、膜強度が高い積層膜からなるマスクMKを形成するのが好ましい。また、エマルジョンインクまたは他の有機インク等を用いてマスクMKが形成されてもよい。

赤外光を透過する光透過領域CRの輪郭は上述した円形に限定されない。光透過領域CRの輪郭形状は任意である。光透過領域CRは例えば矢印の輪郭を有していてもよい。方向性を備えた形状を採用することで光透過領域CRの数を少なくすることができる。

板状部材ＧＰの材料として平らなガラス板を採用した例を上述したが、領域CRが半球状の凸形状を有していてもよい。領域CRを半球状の凸形状にすることで、マーカの位置を特定する精度を高めることができる。

引き続き図６を参照して、前述した第１〜第３の拡散板２３４a、２３４b、２３４cは基本的には同じ構成を有していることから、これを総称して拡散板２３４と呼ぶ。図７は、保持部材２３０の部分断面図である。図７を参照して、拡散板２３４は板状部材ＧＰ（マーカ部材２３２）の下に配置される。拡散板２３４は光を拡散させつつ透過する機能を有し、例えば樹脂材料から作れている。拡散板２３４はマーカ部材２３２よりも大きな面積を有するのがよく、また、第１窓２３０a、第２窓２３０b、第３窓２３０cよりも大きな面積を有するのがよい。

上述した第１〜第３の発光基板２３６a、２３６b、２３６cは基本的には同じ構成を有していることから、これを総称して発光基板２３６と呼ぶ。発光基板２３６の上面には、複数の発光素子Ｌが実装される。拡散板２３４とオーバーラップして配置される発光基板２３６には、その全体に、複数の発光素子Ｌが略均一に配置される。この実施例では、各発光素子Ｌは赤外ＬＥＤ（発光ダイオード）で構成されている。発光素子Ｌの変形例として、他の波長の光を発するＬＥＤが用いられてもよく、またはフィラメントであってもよい。

引き続き図７を参照して、発光基板２３６と拡散板２３４とは互いに離間して配置するのが好ましい。そして、この隙間Ｓの周囲壁を拡散反射シートＲＳで構成するのがよい。拡散反射シートＲＳは、光を拡散させつつ反射する機能を有する。拡散反射シートＲＳは接着剤により保持部材２３０に固着すればよい。変形例として、拡散反射シートＲＳの代わりに、ミラーシートであってもよい。

ステージユニット： テーブル４００について図８〜図１４を参照して詳しく説明する。テーブル４００はステージ基台４０２によって支持されている。ステージ基台４０２は、本体１００の水平部１０２の一部を構成する。ステージ基台４０２は、水平部１０２と一体構造であってもよいが、この実施例では、ステージ基台４０２は、水平部１０２の残部に対して脱着可能である。

テーブル４００は、典
型的には光学定盤で構成される。テーブル４００上に、ワークピースつまり測定対象物WPが載置される。本例においては、テーブル４００は略正方形状を有する。テーブル４００には、互いに直交する２方向に等間隔で並ぶように複数のねじ穴Ｔhが形成されている。これにより、上クランプ部材および固定ねじによりワークピースWPをテーブル４００に固定することができる。

テーブル４００にワークピースWPを固定する機構として、磁力、粘着などの方式を採用してもよい。すなわち、テーブル４００を磁性体で構成してもよいし、テーブル４００の上面に粘着性を付与してもよい。例えば、粘着性を有するプレートやシートをテーブル４００の上に固定してもよい。

テーブル４００は第２マーカ４１０を有する。テーブル４００に第２マーカ４１０を組み込む構造を採用してもよいが、好ましくは、この実施例のように、単一のステージマーカユニット４１２で第２マーカ４１０を構成し、このステージマーカユニット４１２をテーブル４００に対して脱着可能にするのがよい。以下、第２マーカ４１０を「ステージマーカ」と呼ぶ。

図８は、ステージ基台４０２と、これに組み付けたテーブル４００とで構成されるステージユニットＳＹを示す。ステージ基台４０２は、この状態で、本体１００の水平部１０２に連結される。図９を参照して、テーブル４００にはステージマーカユニット４１２が脱着可能に取り付けられる。テーブル４００には複数の位置決めピン４１４を有し、この複数の位置決めピン４１４に案内されてステージマーカユニット４１２が位置決めされ、そして、固定ネジ４１６を使ってテーブル４００の所定位置に固定される。ステージマーカユニット４１２には、本体１００を通じて電源が供給される。変形例として、ステージマーカユニット４１２を駆動するためのバッテリをマーカーユニット４１２に内蔵させてもよい。

図９を参照して、ステージマーカユニット４１２の個数及び配置位置は任意である。ステージマーカユニット４１２を複数、テーブル４００に配置してもよいが、この実施例では、単一のステージマーカユニット４１２がテーブル４００に脱着可能に設けられている。単一のステージマーカユニット４１２の配置に関し、最も好ましくは、矩形のテーブル４００の最も主撮像ユニット６００に近い部分にステージマーカユニット４１２を配置するのがよい。テーブル４００は、主撮像ユニット６００に近い第１の側縁４００aと、遠い第２の側縁４００bとを有している。単一のステージマーカユニット４１２は、テーブル４００の第１の側縁４００aの中央部分に配置するのが好ましい。

図示の光学式三次元座標測定器CMIは、オペレータが主撮像ユニット６００と対抗する位置からアクセスするように設計されている。すなわち、オペレータは、本体１００の起立部１０４と対抗して且つテーブル４００の第２の側縁４００bの側から光学式三次元座標測定器CMIにアクセスする。

ステージマーカユニットの詳細： 図１０〜図１３はステージマーカユニット４１２を示す。図１０は、ステージマーカユニット４１２の斜視図である。図１１は、ステージマーカユニット４１２の平面図である。図１２は、ステージマーカユニット４１２の分解斜視図である。図１３は、図１１のXIIIーXIII線に沿った断面図である。

図１１を参照して、ステージマーカユニット４１２は、テーブル２００の第１の側縁４００a（図９）に沿って直線状に延びる細長い形状を有し、複数のステージマーカ４１０を有する。この複数のステージマーカ４１０の間に高低差を設けるのがよい。ステージマーカユニット４１２は、３つのブロック４２２a、４２２b、４２２cを有する。第１ブロック４２２aはステージマーカユニット４１２の一端部分に位置している。第２ブロック４２２bはステージマーカユニット４１２の中央部分に位置している。第３ブロック４２２cはステージマーカユニット４１２の他端部分に位置している。第１ブロック４２２a及び第３ブロック４２２cと第２ブロック４２２bとの間に高低差があるのがよい。

実施例では、中央部分に位置する第２ブロック４２２bが高く、第１、第３ブロック４２２a、４２２cが低い。勿論、これとは別に、中央部分に位置する第２ブロック４２２bが低く、第１、第３ブロック４２２a、４２２cが高くてもよい。好ましくは、第１、第３ブロック４２２a、４２２cは同じ高さを有するのがよいが、異なった高さを有していてもよい。また、第１ブロック４２２aと第２ブロック４２２bとの間の第１距離と、第２ブロック４２２bと第２ブロック４２２cとの間の第２距離とは同じであるのがよい。これによりテーブル４００を任意の方向に変位させたとしても、マーカ検出精度を一定に維持することができる。

第１〜第３ブロック４２２a、４２２b、４２２cは、夫々、単一のステージマーカ４１０を有していてもよいが、好ましくは、複数のステージマーカ４１０を有するのがよい。実施例では、第１〜第３ブロック４２２a、４２２b、４２２cは、夫々、２つのステージマーカ４１０を有しているが、第１〜第３ブロック４２２a、４２２b、４２２cが異なる数のステージマーカ４１０を有していてもよい。例えば、第１〜第３ブロック４２２a、４２２bが２つのステージマーカ４１０を有し、中央の第２ブロック４２２bが３つのステージマーカ４１０を有していてもよい。また、各ブロック４２２a、４２２b、４２２cに所属する複数のステージマーカ４１０は互いに同じ間隔で離間しているのがよい。

図１１を参照して、第２ブロック４２２bの２つのステージマーカ４１０は、ステージマーカユニット４１２の長手方向軸線Ｌ₀上に第１の間隔を隔てて配置されている。第１ブロック４２２aの２つのステージマーカ４１０は長手方向軸線Ｌ₀と交差する軸線Ｌ₄上に第２の間隔を隔てて配置されている。また、第３ブロック４２２cの２つのステージマーカ４１０は長手方向軸線Ｌ₃と交差する軸線Ｌ5上に第３の間隔を隔てて配置されている。隣接する２つのブロック４２２a、４２２b又は４２２b、４２２cにおいて、一方のブロック４２２a又は４２２cのステージマーカ４１０の第１の配列方向と、他方のブロック４２２bのステージマーカ４１０の第２の配列方向とが異なっている。好ましくは、第１〜第３の間隔は等しい。また、図１１を見たときに、ステージマーカ４１０は左右非対称であるのが好ましい。

上述したように、第１ブロック４２２a及び第３ブロック４２２cと第２ブロック４２２bとの間に高低差があるのがよい。すなわち、図１１を参照して、第１ブロック４２２aに属する２つのステージマーカ４１０が占める第１平面ＰＬ(4)と、第２ブロック４２２bに属する２つのステージマーカ４１０が占める第２平面ＰＬ(5)と、第３ブロック４２２cに属する２つのステージマーカ４１０が占める第３平面ＰＬ(6)とは互いに平行である。そして、第１平面ＰＬ(4)と第２平面ＰＬ(5)との間には第１の高低差がある。同様に、第２平面ＰＬ(5)と第３平面ＰＬ(6)との間にも第２の高低差がある。第１の高低差と第２の高低差とは同じであってもよいし、異なっていてもよい。

ステージマーカ４１０は、前述したプローブマーカ２１２と同様に、再帰反射タイプであってもよいが、好ましくは自発光タイプであるのがよい。実施例では、ステージマーカ４１０は、光源として赤外ＬＥＤを採用した自発光タイプのマーカで構成されている。各ステージマーカ４１０から定期的に波長８６０nmの赤外線が放出される。ステージマーカユニット４１２をテーブル４００に組み込むことにより、各ステージマーカ４１０は主撮像ユニット６００に指向される。複数のステージマーカ４１０から放出された赤外線は主撮像ユニット６００により撮像される。

ステージマーカユニット４１２のケースＣＡは、前述したプローブ２００の保持部材２３０（図５）と基本設計は共通である。また、ステージマーカユニット４１２の内部構造（図５〜図７）は、プローブ２００の保持部材２３０の内部構造と基本設計は共通である。したがって、プローブ２００と共通する要素には同じ符号を使ってステージマーカユニット４１２を説明する。

図１２を参照して、ステージマーカユニット４１２のケースＣＡは、プローブ２００の保持部材２３０（図５）と同様に、吸湿性が低くかつ線膨張係数が小さい材料からなるのがよい。したがって、ステージマーカユニット４１２のケースＣＡに関して、前述した保持部材２３０の説明を参照されたい。勿論、ケースＣＡの材料は、例えばガラス、セラミックス、金属、合金またはガラスセラミックスであってもよい。実施例では、ステージマーカユニット４１２のケースＣＡは石英ガラスが用いられる。

ケースＣＡには、第１ブロック４２２aを規定する長円状の第１窓４３０aと、第２ブロック４２２bを規定する長円状の第２窓４３０bと、第３ブロック４２２cを規定する第３窓４３０cとが形成されている。

第１窓４３０a、第２窓４３０b、第３窓４３０cに臨んで、夫々、第１〜第３のマーカ部材４３２a、４３２b、４３２cが位置し、また、その下に、第１〜第３の拡散板４３４a、４３４b、４３４cが位置し、また、その下に、第１〜第３の発光基板４３６a、４３６b、４３６cが位置している。

第１〜第３のマーカ部材４３２a、４３２b、４３２cの一面（図１３の上面）には、ステージマーカ４１０に対応する円形の光透過領域CRが形成されている。第１〜第３のマーカ部材４３２a、４３２b、４３２cは基本的には同じ構成を有していることから、これを総称してマーカ部材４３２と呼ぶ。

図１３を参照して、マーカ部材４３２は、プローブ２００のマーカ部材２３２（図６）と同じであり、主要な材料は、平らなガラス板からなる板状部材ＧＰである。したがって、ステージマーカ４１０のマーカ部材４３２は、プローブ２００のマーカ部材２３２（図６）と同じ構成を有していると理解されたい。具体的には、板状部材ＧＰは高い透光性を有する。板状部材ＧＰの材料として、例えば石英ガラスまたはソーダガラスが用いられる実施例では、線膨張係数が小さくかつ吸湿性が低い石英ガラスが採用されている。板状部材ＧＰは、また、ケースＣＡと同じ材料からなることが好ましい。実施例では、ケースＣＡおよび板状部材ＧＰは共に石英ガラスで構成されている。

上述した光透過領域CRは、これを囲むようにして板状部材ＧＰの一面に遮光性のマスクMKを印刷することにより形成されている。遮光マスクMKについても、プローブ２００のマーカ部材２３２（図６）と同じであると理解されたい。マスクMKの材料として、ガラスに対する吸着性が高い（付着力が強い）金属材料を用いるのがよい。具体例として例えばクロムを挙げることができる。マスクMKを単一の遮光膜で構成してもよいし、複数の遮光膜を積層してマスクMKを形成してもよい。また、エマルジョンインクまたは他の有機インク等を用いてマスクMKが形成されてもよい。

赤外光を透過する光透過領域CRの輪郭は円形に限定されない。光透過領域CRの輪郭形状は任意である。光透過領域CRは例えば矢印の輪郭を有していてもよい。方向性を備えた形状を採用することで光透過領域CRの数を少なくすることができる。

板状部材ＧＰの材料として平らなガラス板を採用した例を上述したが、領域CRが半球状の凸形状を有していてもよい。領域CRを半球状の凸形状にすることで、ステージマーカ４１０の位置を特定する精度を高めることができる。

図１２、図１３を参照して、第１〜第３の拡散板４３４a、４３４b、４３４cは基本的には同じ構成を有していることから、これを総称して拡散板４３４と呼ぶ。この拡散板４３４についても、プローブ２００の拡散板２３４（図７）と同じである。つまり、拡散板４３４は光を拡散させつつ透過する機能を有し、例えば樹脂材料から作れている。拡散板４３４はマーカ部材４３２よりも大きな面積を有するのがよく、また、第１窓４３０a、第２窓４３０b、第３窓４３０cよりも大きな面積を有するのがよい。

図１２、図１３を参照して、上述した第１〜第３の発光基板４３６a、４３６b、４３６cは基本的には同じ構成を有していることから、これを総称して発光基板４３６と呼ぶ。ステージマーカ４１０の発光基板４３６の上面には、複数の発光素子Ｌが実装される。拡散板４３４とオーバーラップして配置される発光基板４３６には、その全体に、複数の発光素子Ｌが略均一に配置される。この実施例では、各発光素子Ｌは赤外ＬＥＤ（発光ダイオード）で構成されている。発光素子Ｌの変形例として、他の波長の光を発するＬＥＤが用いられてもよく、またはフィラメントであってもよい。

図１０〜図１２に見られる参照符号４４０a、４４０b、４４０cは遮光シートを示す。各窓４３０a、４３０b、４３０cの周囲から光が外部に漏出するのを阻止するために、各窓４３０a、４３０b、４３０cの周囲に遮光シート４４０a、４４０b、４４０cのような光漏出防止手段を設けるのがよい。

テーブルの変位： 前述したようにテーブル４００は変位可能である。図１、図９は、テーブル４００が原位置で固定されている状態を示す。図１４は、原位置（図９）からテーブル４００を変位させた状態を示す。テーブル４００の原位置からの変位の説明を分かり易くするため、図９にX軸、Ｙ軸、Z軸を図示してある。

前述したように、光学式三次元座標測定器CMIは、起立部１０４に立て掛けた状態で斜め上方に向けられた表示部５００に対抗して且つテーブル４００の第２の側縁４００bの側からオペレータがアクセスするように設計されている。オペレータから見たときに、X軸は、撮像空間Ｖを横断する方向つまり左右方向（テーブル４００の第１及び第２の側縁４００a、４００bの延び方向）に延びており、Ｙ軸とは撮像空間Ｖを縦断する方向つまり前後方向に延びており、Z軸は上下方向に延びている。

実施例では、テーブル４００はX軸の方向つまり撮像空間Ｖを横断する方向（テーブル４００の第１及び第２の側縁４００a、４００bの延び方向）に並進移動可能である。また、テーブル４００はZ軸を中心に時計方向及び反時計方向に回転可能である。テーブル４００の原位置からの変位は、X軸方向、Z軸を中心にした回転方向に限定されず、任意である。例えば、矩形のテーブル４００の任意の例えば一側を中心にして、この一側と対抗する他側が上下に変位する、いわゆるチルト変位を含んでいてもよい。

また、テーブル４００は、Ｙ軸の方向つまり前後方向に変位可能であってもよい。ただし、前後方向（Ｙ軸方向）はステージマーカ４１０の読み取り精度を阻害する可能性があるため、これを補完することができるようにテーブル４００に複数のステージマーカユニット４１２を配置するのがよい。

また、テーブル４００は、Z軸の方向つまり上下方向に変位可能であってもよい。これに代えて、主撮像ユニット６００をZ軸方向に変位可能に設計してもよい。

システムの動作： 図１、図２を参照して、主撮像ユニット６００と、プローブ２００の副撮像部２１０（図４）とから出力される受光信号は、制御基板１０６のＡ／Ｄ変換器により一定のサンプリング周期でサンプリングされるとともにデジタル信号に変換される。Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタル信号は、ＦＩＦＯメモリに順次蓄積される。ＦＩＦＯメモリに蓄積されたデジタル信号は画素データとして順次、パーソナルコンピュータPCに転送される。

実施例では、プローブマーカ２１２及びステージマーカ４１０の発光のタイミングと主撮像ユニット６００の撮像のタイミングとが同期される。複数のマーカ２１２、４１０の発光期間に蓄積された画素データが、次のマーカ２１２の消光期間に制御基板１８０からパーソナルコンピュータPCに転送される。

プローブマーカ２１２の発光タイミングとステージマーカ４１０の発光のタイミングとは前述したように同時発光であることにより、プローブマーカ２１２とステージマーカ４１０との区別が容易になる。また、交互発光と同時発光とを組み合わせてもよい。すなわち、交互発光により、プローブマーカ２１２とステージマーカ４１０の位置情報を求め、次の同時発光によりプローブマーカ２１２とステージマーカ４１０の正確な位置情報及びプローブマーカ２１２とステージマーカ４１０の相対位置情報を求めるようにしてもよい。

パーソナルコンピュータPCの記憶部２は、ROM（リードオンリメモリ）、RAM（ランダムアクセスメモリ）およびハードディスクを含む。記憶部２には、システムプログラムが記憶される。また、記憶部２は、種々のデータの処理および光学式三次元座標測定器CMIから与えられる画素データ等の種々のデータを保存するために用いられる。

パーソナルコンピュータPCは、三次元座標測定器CMIから与えられる画素データに基づいて画像データを生成する。画像データは複数の画素データの集合である。パーソナルコンピュータPCは、生成された画像データに基づいて、プローブ２００のスタイラス２０８の接触子２０８aの相対位置を算出した後に、計測ポイントの絶対座標を算出する。

図１、図２に図示の操作部３００は、三次元座標測定器CMIの各種の設定、表示部５００の表示内容の変更などのためにオペレータによってマニュアル操作される。

校正： 主撮像ユニット６００、プローブ２００、ステージマーカユニット４１２は校正のために校正施設に搬送される。校正情報は、主撮像ユニット６００、プローブ２００、ステージマーカユニット４１２には、その各々にメモリが搭載されている。

主撮像ユニット６００の校正情報は、当該主撮像ユニット６００に内蔵されているメモリに保存される。主撮像ユニット６００の特性として、画角（視野角）、撮像素子と複数のレンズとの位置関係、および複数のレンズの収差等を含む。プローブ２００の校正情報は、当該プローブ２００に内蔵されているメモリに保存される。プローブ２００の校正情報は、プローブ２００の個体差による測定精度の低下を防止するための情報であり、複数のプローブマーカ２１２の相対的な位置関係等を含む。ステージマーカユニット４１２の校正情報は、当該ステージマーカユニット４１２に内蔵されているユニットメモリ８２２（図４４）に保存される。ステージマーカユニット４１２の校正情報は、ステージマーカユニッ
ト４１２の個体差による測定精度の低下を防止するための情報であり、複数のステージマーカ４１０の相対的な位置関係等を含む。

主撮像ユニット６００、ステージマーカユニット４１２を三次元座標測定器CMIに組み付けたとき、主撮像ユニット６００、プローブ２００、ステージマーカユニット４１２の校正情報が制御基板１０６に供給され、またパーソナルコンピュータPCに供給される。パーソナルコンピュータPCは、これらの校正情報に基づいてワークピースWPの測定ポイントの座標測定を行う。

主撮像ユニットによる検出： 図１５は、主撮像ユニットによる検出を説明するための図である。主撮像ユニット６００は、プローブ２００の複数のプローブマーカ２１２及びステージマーカユニット４１２の複数のステージマーカ４１０から放出される赤外線を検出する。プローブマーカ２１２及びステージマーカ４１０の位置を特定する原理を図１５に基づいて説明する。図１５は、主撮像ユニット６００とプローブマーカ２１２との関係を図示してあるが、主撮像ユニット６００とステージマーカ４１０との関係についても同様である。

図１５を参照して、理解を容易にするため、ピンホールカメラモデルと同様の作用を有する光学的に単純化されたモデルを用いて説明する。図１５の参照符号６０２は、主撮像ユニット６００に含まれる撮像素子基板を示す。また、図１５には、主撮像ユニット６００に含まれる複数のレンズうち１つのレンズ６０４が図示されている。レンズ６０４の主点６０４aを通るように撮像素子（撮像素子基板６０２）に光が導かれる。

主撮像ユニット６００は一定の画角（視野角）θを有する。主撮像ユニット６００の画角θの範囲内に、撮像空間Ｖが含まれる。撮像空間Ｖ内に複数のプローブマーカ２１２がそれぞれ位置する場合、それらのプローブマーカ２１２から放出される赤外線がレンズ６０４の主点６０４aを通って撮像素子（撮像素子基板６０２）に入射する。

撮像素子基板６０２の受光位置Ｐに基づいて、レンズ６０４の主点６０４aから各プローブマーカ２１２へ向かう方向が特定される。図１５の例では、一点鎖線で示すように、各受光位置Ｐおよびレンズ６０４の主点６０４aを通る各直線上に各プローブマーカ２１２が位置する。上記のように、複数のプローブマーカ２１２の相対的な位置関係は、プローブ２００の校正情報としてプローブ２００から制御部２２０に与えられる。

レンズ６０４の主点６０４aから各プローブマーカ２１２へ向かう方向および複数のプローブマーカ２１２の位置関係に基づいて、各プローブマーカ２１２の中心の位置が一義的に定まる。また、本実施の形態では、互いに直交するX軸、Ｙ軸およびZ軸がそれぞれ定義され、撮像空間Ｖ内の絶対位置が３次元座標で表される。パーソナルコンピュータPCは、撮像素子（撮像素子基板６０２）の受光位置Ｐ、および予め記憶された複数のプローブマーカ２１２の位置関係に基づいて、各プローブマーカ２１２の中心の座標を算出する。

算出された各プローブマーカ２１２の中心の座標に基づいて、プローブ２００の接触子２０８a（図４）とワークピースWPとの接触位置の座標がパーソナルコンピュータPCにより算出される。

例えば、各プローブマーカ２１２の中心と接触子２０８a（図４）の中心との位置関係が、パーソナルコンピュータPCの記憶部２に予め記憶される。算出された各プローブマーカ２１２の中心の座標、および予め記憶された各プローブマーカ２１２の中心と接触子２０８aの中心との位置関係に基づいて、接触子２０８aの中心の座標が特定される。

また、各プローブマーカ２１２の中心の座標に基づいて、プローブ２００の姿勢が特定される。これにより、スタイラス２０８の向きが特定される。また、各プローブマーカ２１２の中心の座標の変化に基づいて、接触子２０８aの移動方向が特定される。通常、接触子２０８aは、ワークピースWPの面に対して垂直に近づけられる。そのため、特定されたスタイラス２０８の向きおよび接触子２０８aの移動方向に基づいて、接触子２０８aの中心と接触位置との相対的な位置関係が推定される。推定された位置関係に基づいて、接触子２０８aの中心の座標から接触子２０８aとワークピースWPとの接触ポイントの座標が算出される。

なお、ワークピースWPから接触子２０８aに加わる力の方向を検出するセンサがプローブ２００に設けられもよい。その場合、センサの検出結果に基づいて、接触子２０８aとワークピースWPとの接触位置の座標を算出することができる。

図１６はテーブル４００を原位置から変位させた状態で計測操作を行った状態変化を模式的に説明するための図である。ワークピースWPを固定したテーブル４００を例えばX軸（図９）つまりオペレータから見て左右方向に変位させると、テーブル４００と一緒にステージマーカ４１０が変位する。したがって、ステージマーカ４１０の受光位置つまり撮像素子基板６０２（図１５）の受光位置が変位する。そして、この変位した受光位置との関係でプローブマーカ２１２の受光位置が特定される。

したがって、主撮像ユニット（定置カメラ）６００の撮像画像には、プローブ２００の位置及び姿勢の第１情報と、テーブル４００の位置及び姿勢の第２情報とが含まれる。そして、この撮像画像を画像処理することにより、プローブ２００の接触子２０８a（図４）の位置情報を得ることができる（図１６、図１７）。

光学式三次元座標測定機CMIは複数の三次元座標系を有しており、これら複数の三次元座標系を適宜使い分けて測定又は表示が行われる。複数の三次元座標系は、少なくとも固定的な座標系を含む。これを「絶対座標系」又は「絶対位置座標」と呼ぶと、「絶対座標系」又は「絶対位置座標」とは、オペーレーターからワークピースWPを見たときの座標系である。テーブル４００を変位させたとしても、この座標系は変化しない固定的な座標系である。言い換えれば、定置した主撮像部６００からワークピースWPを見たときの座標系である。

複数の三次元座標系は、また、テーブル４００の変位と共に移動する座標系を含む。これを「相対座標系」又は「相対位置座標」と呼ぶと、「相対座標系」又は「相対位置座標」は、テーブル４００の変位つまりワークピースWPの変位に関連して、ワークピースWPの変位と一緒に変位するが、ワークピースWPから見ると固定的であり変位しない。

図１７を参照して、定置した主撮像ユニット６００の撮像空間が絶対座標系に相当する。主撮像ユニット６００は複数の画素を内蔵しており、一般的に呼ばれている「カメラ座標系」の用語を使って説明すると、実施例では、撮像素子基板６０２（図１５）の面が、カメラ座標系つまり絶対座標系のＸＹ座標を構成する。

他方、相対座標系は、例えばテーブル４００の表面つまりワークピース載置面にＸＹ座標軸が設定される。これをテーブル座標系と呼ぶ。相対座標系は、テーブル座標系に限定されない。例えば、ワークピースWPの一部分の測定において、一定高さレベルの特定面で複数の測定点を測定する場合、この高さレベルの基準となる面にＸＹ座標軸を設定してもよい。具体的に説明すると、ワークピースWPが円筒状の突起を備えている場合、この円筒部つまり幾何要素の所定の高さレベルでの円周上に複数の測定点を設定した場合、円筒状突起の基端が位置する面が基準面として設定し、この基準面にＸＹ座標軸を設定するのがよい。

実施例では、画像処理に基づいて、プローブ２００の位置及び姿勢、テーブル４００の位置及び姿勢は絶対座標系で算出される。すなわち、原位置からのテーブル４００の変位量、変位方向などのパラメータを、実施例では、主撮像ユニット６００が光学的に取り込んだ画像に基づいて実質的に検出することができる。

相対座標系は、ワークピースWPに含まれる幾何要素、つまり例えば点、直線、平面、円筒、球等の抽出などに用いられる。テーブル４００を移動して、長尺のワークピースWPの長さ寸法を測定する場合、相対座標系から絶対座標系へ変換して、ワークピースWPの長さ寸法を求めればよい。勿論、局所的な測定（例えば、ワークピースWPに含まれる開口部の内径、凸部や凹部の直径の測定など）の測定に相対座標系の相対位置座標を用いることができる。

相対座標系は、ワークピースWPの複数の相対位置座標と、予め設定された幾何要素（点、直線、平面、円筒、球など）とに基づいて、この幾何要素の相対位置を決定するのに用いられる。

表示部５００の表示に関し、絶対座標系に変換して画像を作成するのがよい。例えば、長尺のWPの長さ寸法を測定する場合、ワークピースWPの一端面を表す第１平面と他端面を表す第２平面とを画像表示する場合、絶対座標系で表示することにより、オペレータが見ているのと同じ状態で第１、第２の平面を表示部５００に表示することができる。

テーブル４００を変位させるという簡単な操作だけで、撮像空間Ｖよりも大きなワークピースWP（例えば横長のワーク）を計測することができる。また、撮像空間Ｖに収まるワークピースWPであったとしても、主撮像ユニット６００から見たときにプローブ２００の位置が捉え難い場合に、テーブル４００を回転させるという簡単な操作だけで、測定精度の低下を防止できる。また、テーブル４００を変位させてワークピースWPの計測したい面を主撮像ユニット６００に接近させることで測定精度を高めることができる。

光学式三次元座標測定器CMIによれば、テーブル４００を変位させたとしても、主撮像ユニット６００で撮像する、その瞬間だけ、ステージマーカユニット４１２、プローブ２００、主撮像ユニット６００の三者の相対位置関係が維持できればよい。したがって、主撮像ユニット６００とステージマーカユニット４１２とは常に一定の固定的な相対位置関係を維持し続ける必要はない。つまり、光学式三次元座標測定器CMIの測定精度はハード構成に依存しない。例えば、テーブル４００に固定されるステージマーカユニット４１２の取り付け位置が多少ズレていても、光学式三次元座標測定器CMIの測定精度に影響を及ぼすことはない。

なお、実施例では、光学式三次元座標測定器CMIの主撮像ユニット６００は単一であるが、図１８に図示するように、光学式三次元座標測定器CMIは例えば２つの主撮像ユニット６００(1)、６００(2)を備えていてもよい。このように複数の主撮像ユニット６００を光学式三次元座標測定器CMIが有する場合、複数の主撮像ユニット６００で同じ撮像空間Ｖをステレオ視するのがよい。

光学式三次元座標測定器CMIによれば、測定精度をハード構成に依存しないで、光学的な原理を使って、一定の測定精度及びポータビリティを確保することができる。そして、撮像画像を電子的に内部処理することで三次元位置座標を求めるだけでなく、適切なＧＵＩを提供することで、作業現場のコンピュータの操作に不慣れな作業者でも簡便な操作性を提供することができる。

また、テーブル４００を変位させたとしても、オペレータに負担を掛けることなく、パーソナルコンピュータPCの内部処理により撮像画像を使って演算することで測定位置座標を求めることができる。また、三次元座標測定器に不慣れな現場作業者に対して、表示部５００を使って、測定操作に関するナビゲーション情報を提供し、また、測定結果を視覚的に表示することができる。更に、プローブ２００の先端部に設けた副撮像部２１０の撮像画像を含む測定に関連するデータを保存することで、ワークピースWPのどの部位をどのように計測したかというトレーサビリティを確立することができる。勿論、光学式三次元座標測定器CMI及びパーソナルコンピュータPCが作成した種々の情報をプリンタを使って印刷することで作業の管理を徹底や工場（製造現場）での品質管理の利便性を向上できる。

テーブルの変位機構：
図１９〜図３０はステージユニットを説明するための図である。図１９は、前述したテーブル４００及びステージ基台４０２を含むステージユニットＳＹを示す。ステージユニットＳＹは本体１００に対して脱着可能である。図９、図１９を参照して、実施例では、テーブル４００はX軸方向（左右方向）に移動可能であり、また、テーブル４００の中心軸Ｃを中心にして回転可能である。なお、図１９は、ステージマーカユニット４１２（図９、図１０）が取り外された状態で図示してある。

図２０は、テーブル４００のX軸方向（テーブル４００の第１及び第２の側縁４００a、４００bの延び方向）の移動機構を説明するための図である。ステージ基台４０２はX軸方向に延び且つ互いに平行な一対のリニアシャフト７０２を有し、この一対のリニアシャフト７０２はステージ基台４０２に固定されている。テーブル４００はXベース７０４に組み付けられている。Xベース７０４はX軸方向に延びる一対の長孔７０４aを有し、各長孔７０４aの中に各リニアシャフト７０２が挿入されている。好ましくは、Xベース７０４の長孔７０４aとリニアシャフト７０２の間に摩擦擦動要素としてのゴムスリーブ７０６を介装するのがよい。この一対のゴムスリーブ７０６によって、テーブル４００のX軸方向の移動を抵抗する第１の抵抗機構を構成することができる。すなわち、オペレータが一定以上の力をテーブル４００に加えない限りテーブル４００はX軸方向に移動しない。

テーブル４００はクロスローラベアリング７０８を介してXベース７０４に載置されている。テーブル４００は、その底面に円形凹所４０４を有し、この円形凹所４０４の中にクロスローラベアリング７０８が受け入れられる。これによりテーブル４００をXベース７０４に載置するだけで、テーブル４００は中心軸線Ｃを中心として回転可能である。円形凹所４０４及びクロスローラベアリング７０８の組み合わせにより、テーブル４００の回転機構を単純化できる。また、Xベース７０４とテーブル４００とを上下方向に接近した構造が実現できるため、テーブル４００の高さ位置を低くすることができる。これにより、一般的に重量物であるワークピースWPをテーブル４００に載せる又は取り外すときの作業性を高めることができる。また、ステージユニットＳＹの重心を下げることができる。

テーブル変位抵抗機構：
図２３は、テーブル４００を取り外した状態でステージユニットＳＹを図示してある。ステージユニットＳＹは、テーブル４００がX軸方向及び中心軸線Ｃを中心とする回転方向に変位することに関連したメイン抵抗機構部品７１０を有する。図２３において、X軸方向に関するメイン抵抗機構部品と、回転方向に関するメイン抵抗機構部品とを識別するために、X軸方向メイン抵抗機構部品に符号Xを付記し、回転方向メイン抵抗機構部品に符号Cを付記してある。実施例では、X軸方向メイン抵抗機構部品７１０(X)と、回転方向メイン抵抗機構部品７１０(C)とは同じ構成を有している。勿論、X軸方向メイン抵抗機構７１０(X)と、回転方向メイン抵抗機構部品７１０(C)とが異なる構成を有していてもよいし、少なくともいずれか一方をオイルダンパ、電磁流体を用いた抵抗機構で構成してもよい。

図２４〜図２６を参照してメイン抵抗機構部品７１０を説明する。メイン抵抗機構部品７１０は、ケース７１２と、外部に露出した歯車７１４を有している。歯車７１４は、ケース７１２を貫通するシャフト７１６の一端に固定されている。シャフト７１６は長手方向中間部分に円周フランジ７１８を有する（図２６）。ケース７１２は円周フランジ７１８を収容する円形凹所７２０を有し、この凹所７２０は蓋部材７２２によって密閉される。

円形凹所７２０には、円周フランジ７１８を挟んで配置された第１、第２のＯーリング７２４、７２６及びグリース(grease)７２８が収容されている。また、ケース７１２と蓋部材７２２とシャフト７１６との間にはベアリング７３０が介装されている。

蓋部材７２２を複数のボルト７３２を使ってケース７１２に固定することで、第１、第２のＯーリング７２４、７２６は円周フランジ７１８に圧接した状態となる。これにより、シャフト７１６つまり歯車７１４の回転に対して抵抗することができる。

図２６を参照して、第１、第２のＯーリング７２４、７２６の押し潰し状態つまり円周フランジ７１８に対する第１、第２のＯーリング７２４、７２６の圧接力の調整は、蓋部材７２２とケース７１２との間にスペーサーシート７３４を介装し、スペーサーシート７３４の厚み又はスペーサーシート７３４の枚数によって行えばよい。

図２３に示す参照符号７４０はラック部材を示す。ラック部材７４０はステージ基台４０２に固定され、そして、X軸方向に直線状に延びている。ラック部材７４０には、X軸方向メイン抵抗機構部品７１０(X)の歯車７１４が噛み合っている（図２７）。この構成により、X軸方向の外力がテーブル４００に加わったときに、X軸方向メイン抵抗機構部品７１０(X)や他の抵抗機構によって一定の抵抗力が生成される。

図２８、図２９は、テーブル４００の回転に関連した回転方向メイン抵抗機構部品７１０(C)に関連した部位を示す。回転方向メイン抵抗機構部品７１０(C)の歯車７１４は、大径の内歯歯車７４２の一部に噛み合っている。テーブル４００に対してテーブル４００を中心軸線Ｃを中心に回転させる方向に外力が加わったとき、回転方向メイン抵抗機構部品７１０(C)や他の抵抗機構によって一定の抵抗力が生成される。

上記の構成により、ワークピースWPをボルト止めしたテーブル４００に対して又はワークピースWPに対して外力が加わったときに、この外力が一定以上の力でない限りテーブル４００が変位するのを阻止することができる。すなわち、外力に対してテーブル４００は一定の抵抗力を持つ。

外力に対するテーブル４００の抵抗力について検討すると、プローブ２００の接触子２０８aをワークピースWPに接触させるときに、オペレータが強く接触子２０８aをワークピースWPに当てたときの荷重は１００gf程度である。接触子２０８aをワークピースWPに当接させる適度な荷重は約５０gfである。オペレータが接触子２０８aをワークピースWPに当てる作業を行っている最中にテーブル４００が変位してしまうのは望ましくない。オペレータが意図した力をテーブル４００又はワークピースWPに加えたときだけテーブル４００が変位し、力を緩めると同時にテーブル４００が停止するのが良い。しかし、テーブル４００を変位させるのに大きな力を必要とするのは作業性を悪化させる。このことを念頭において、メイン抵抗機構部品７１０の抵抗力を設定又は調整するのがよい。メイン抵抗機構部品７１０が動作を開始する外力として５００〜８００gfを念頭に置いてメイン抵抗機構部品７１０の抵抗力を設定するのがよい。勿論、これを実現できる機構であれば、任意の機構を採用してもよい。

以上、テーブル４００をX軸方向（テーブル４００の第１及び第２の側縁４００a、４００bの延び方向）及び中心軸線Cを中心とした回転方向に変位する例を説明した。変形例として、テーブル４００は、X軸方向、回転方向に加えてY軸方向（前後方向：図９）に移動可能であってもよい。図３０は、テーブル４００がX軸方向、回転方向、Y軸方向に変位可能な構成を説明するための図である。図３０を参照して、変形例のステージユニット７５０は、前述した一対のリニアシャフト７０２を支持する一対のＹベース７５２と、各Ｙベース７５２を案内するガイドレール７５４とを更に有する。一対のガイドレール７５４はステージ基台４０２に固定されており、また、Y軸方向（前後方向：図９）に延びている。これにより、Ｘベース７０４つまりテーブル４００は、ガイドレール７５４に案内されてY軸方向に移動することができる。図示を省略したが、Ｙベース７５０とガイドレール７５４との間には、好ましくは、上述したメイン抵抗機構部品７１０が介装される。

テーブルロック：
図３１〜図３９はテーブル４００のロック機構に関する図面である。テーブル４００は、前述したように原位置から変位可能である。テーブル４００は原位置（図１、図９）で固定可能であるのが好ましい。テーブル４００を非固定の状態で主撮像ユニット６００により撮像した場合に比べて、テーブル４００をロック状態で主撮像ユニット６００により撮像した方が精度が良い。ステージユニットＳＹはテーブル４００を原位置で固定するためのテーブルロック機構７６０を有する。図３１、図３２を参照して、ステージ基台４０２はその一側に操作レバー７６２を有し、操作レバー７６２の突片７６２aをオペレータが操作することにより、原位置に位置しているテーブル４００をロック又はアンロックすることができる。

図３１はアンロック状態を示し、操作レバー７６２の突片７６２aが水平位置にある。図３２はロック状態を示し、操作レバー７６２の突片７６２aが起立位置にある。図３３は、テーブル４００の下面の角隅部を下方から見た図である。テーブル４００は下方に向けて開放したロック穴７６４を有し、ロック穴７６４は開放端部つまり下端部分にテーパー面７６４aで構成されている。ステージ基台４０２は、ロック穴７６４に向けて出没可能なロックピン７６６を有し（図３４）、このロックピン７６６は、原位置のテーブル４００のロック穴７６４に対応する位置に配置されている。

図３５、図３６は、操作レバー７６２及びロックピン７６６を抽出した図である。図３５は操作レバー７６２がアンロック位置に位置決めされたときの状態を示す。図３６は操作レバー７６２がロック位置に位置決めされたときの状態を示す。図３５、図３６を参照して、ステージ基台４０２には、操作レバー７６２の状態つまりテーブル４００のロック状態を検出するロック検出機構７７０が内蔵されている。ロック検出機構７７０は、投受光素子７７２と、この投受光素子７７２を遮光するプレート７７４とで構成されている。遮光プレート７７４は、操作レバー７６２と機械的に連係されている。操作レバー７７４がアンロック位置にあるときには遮光プレート７７４が投受光素子７７２から離れた状態にある（図３５）。操作レバー７７４がロック位置にあるときには遮光プレート７７４が投受光素子７７２の中に侵入して遮光する状態にある（図３６）。ロック検出機構７７０が検出したロック及び／又はアンロック状態は例えばインジケータ（図示せず）の点灯・消灯によってオペレータ、特に現場作業者に認知させることができる。

図３７は、操作レバー７６２がアンロック位置（図３１）にあるときのロックピン７６６の状態を説明するための図である。図３８は、操作レバー７６２をロック位置（図３２）に位置決めした直後のロックピン７６６の状態を説明するための図である。図３９は、操作レバー７６２がロック位置（図３２）に位置決めされ、テーブル４００がロックピン７６６によって固定され続けているときの状態を説明するための図である。

図３７〜図３９の（Ｉ）は、ロックピン７６６を上方から見た平面図であり、（ＩＩ）はロックピン７６６の断面図である。ロックピン７６６は、スリーブ７８０（図３５、図３６）によって包囲されたピンヘッド７８２を有する。なお、図３７〜図３９ではスリーブ７８０の図示を省略してある。ピンヘッド７８２は、その上端縁部分７８２aが面取りした形状を有する。ピンヘッド７８２は下方に延びる軸部７８２bを有している。軸部７８２bはベース部材７８４のガイド穴７８４aに受け入れられて、軸部７８２bの軸線に沿って上下動可能である。

ピンヘッド７８２はスプリング７８６によって上方に付勢されている。ベース部材７８４はベースプレート７８８に固定されており、このベースプレート７８８は操作レバー７６２に機械的に連結されている。操作レバー７６２がアンロック位置にあるときにはベースプレート７８８は下方位置に位置決めされる（図３７）。ベースプレート７８８は、操作レバー７６２を操作してロック位置を取ると、上方に変位した上方位置に位置決めされる(図３８、図３９)。

図３７に示す参照符号７９０はステージ基台４０２に定置された第１軸を示す。第１軸７９０には揺動リンク７９２の一端部が軸支されている。揺動リンク７９２の他端部には第２軸７９４が軸支されている。第２軸７９４は操作レバー７６２に機械的に連係されている。図３７を参照して、前述したように操作レバー７６２がアンロック位置にあるときには（図３５）、第２軸７９４が下方位置に位置決めされ、これに伴ってベースプレート７８８は下方位置に位置決めされる。これにより、ベース部材７８４及びピンヘッド７８２は下方位置に位置決めされる。すなわち、ピンヘッド７８２は、テーブル４００の下面から離間したアンロック位置に位置決めされる。したがって、テーブル４００はピンヘッド７８２から解放されていることからX軸方向などに変位可能である。

図３８を参照して、操作レバー７６２をロック方向に操作すると、第２軸７９４が持ち上げられて、ベースプレート７８８は上昇する。これにより、ベース部材７８４及びピンヘッド７８２が上昇し、そしてピンヘッド７８２は、テーブル４００のロック穴７６４の中に進入する。ピンヘッド７８２の面取りした先端縁部分７８２aが面取りした形状を有し、また、ロック穴７６４がテーパー面７６４aを有することから、このテーパー面７６４aに案内されてピンヘッド７８２はロック穴７６４に進入することができる。

図３９を参照して、前述したように操作レバー７６２がロック位置をとると（図３６）、第２軸７９４によってベースプレート７８８は上方位置に位置決めされる。これにより、ベース部材７８４及びピンヘッド７８２は上方位置に位置決めされ、これに押し上げられてピンヘッド７８２はテーブル４００のロック穴７６４の中に進入し、そして位置決めされる。ピンヘッド７８２の面取りした先端縁部分７８２aが面取りした形状を有し、また、ロック穴７６４がテーパー面７６４aを有することから、ロック穴７６４のテーパー面７６４aによってピンヘッド７８２が位置決めされる。この状態では、スプリング７８６は圧縮した状態にある。これにより、テーブル４００はピンヘッド７８２によって原位置に固定され続ける。

ステージユニットの内部配線：
テーブル４００に搭載されるステージマーカユニット４１２は、前述したように自発光のステージマーカ４１０を有する（図１０、図１１）。ステージマーカユニット４１２は自発光マーカ４１０に対する電源としてバッテリーを内蔵していてもよいが、外部から電源の供給を受ける場合には配線が必要となる。テーブル４００は前述したように変位可能であり、特に回転可能である。このテーブル４００に搭載されるステージマーカユニット４１２への電源供給用配線は、ステージ基台４０２の内部を通り、そしてテーブル４００を通過してステージマーカユニット４１２に接続される必要がある。図４０、図４１において、参照符号WR(1)は配線を示す。これらの図４０、図４１から直ちに理解できるように、配線WR(1)はテーブル４００の中心部分つまりテーブル４００の回転軸の近傍を経由させるのがよい。これにより、テーブル４００が回転しても、配線ＷＲ(1)の変位を最小限に抑えることができる。

主撮像ユニットの結線： 前述したように、主撮像ユニット６００は本体１００の起立部１０４の上端に対して脱着可能である。主撮像ユニット６００に対する電源供給及び信号の授受のために主撮像ユニット６００と起立部１０４との間に結線構造が必要となる。図４２、図４３は、主撮像ユニット６００の脱着及び起立部１０４との間の結線を説明するための図である。図４３を参照して、本体１００の起立部１０４の上端部には固定用ネジ６１０が取り付けられている。この固定用ネジ６１０を使って主撮像ユニット６００が固定される。また、起立部１０４には、コネクタ６１２を備えた配線WR(2)が収容されている。そして、起立部１０４の上端部に着座した主撮像ユニット６００の結線用のピン群にコネクタ６１２を接続することで、本体１００と主撮像ユニット６００との間の結線が完了するようになっている。

ステージマーカユニットと本体との間のインターフェース：
図２１を参照して、図２１に示す参照符号８２０は、テーブル４００とステージマーカユニット４１２との間の電気的なインターフェース部を示す。インターフェース部８２０は、図示の例のようにコネクタで構成されてもよく、あるいはケーブルと端子との組み合わせで構成されてもよい。ステージマーカユニット４１２は、前述したユニットメモリ８２２を有し、このユニットメモリ８２２にステージマーカユニット４１２の校正データが保存されるのは前述の通りである。

ステージマーカユニット４１２は、任意であるが、マーカ点灯制御部８２４を含んでいてもよよい。このマーカ点灯制御部８２４は、本体１００からインターフェース部８２０を通じて供給される点灯制御信号に基づいてステージマーカ４１０を制御する。

ステージマーカユニット４１２はユニット電源部８２６を有し、ユニット電源部８２６は、本体１００からインターフェース部８２０を通じて供給される電源を受けて、自発光のステージマーカ４１０やユニットメモリ８２２、マーカ点灯制御部８２４に電源を供給する。

変形例として、ステージマーカユニット４１２からマーカ点灯制御部８２４及び／又はユニット電源部８２６を省いてもよい。ステージマーカユニット４１２からマーカ点灯制御部８２４を省いた場合には、本体１００からステージマーカユニット４１２にインターフェース部８２０を通じて供給する点灯制御信号によってステージマーカ４１０の点灯を制御すればよい。ステージマーカユニット４１２からユニット電源部８２６を省いた場合には、本体１００からステージマーカユニット４１２に供給する電源によって自発光のステージマーカ４１０やユニットメモリ８２２、マーカ点灯制御部８２４を駆動させればよい。

なお、ステージマーカ４１０を回帰反射板で構成した場合には、ステージマーカユニット４１２に対する電源供給は必ずしも必須ではない。ステージマーカユニット４１２の構成情報は、本体１００や主撮像部６００などに含まれるメモリに記憶させることで、ステージマーカユニット４１２に対する点灯制御信号が不要であるのは勿論であるが、電源供給やメモリ通信が不要になる。

第１の測定例：
光学式三次元座標測定器CMIを使ってワークピースWPを測定する手順を図４５〜図５０を参照して説明する。作業者は、先ず、ワークピースWPをテーブル４００に固定する。そして、表示部５００の表示に関し、ナビゲーション設定ファイルを選択すると、図４６に図示の実測定画面ＳＣ４が表示される。実測定画面ＳＣ４は、主撮像部（定置カメラ）６００（図１）が撮像した画像に基づいて、測定対象物つまり２つの幾何要素である円筒９０２、９０４を抽出して表示する測定対象物表示欄５８０を有し、この測定対象物表示欄５８０には好ましくはコンピュータグラフィック（ＣＧ）の３Ｄモデル５８２を表示するのがよい。実測定画面ＳＣ４は、また、副撮像部（プローブカメラ）２１０（図４）が撮像したナビ画像を表示するナビ画像表示欄５８４と共に、テーブルナビ情報表示欄（ステージガイド欄）５４０（図４７）を有する。

ナビ画像とは、副撮像部（プローブカメラ）２１０が撮影した撮像画像をいう。ナビ画像は、主に、三次元座標測定及び光学式三次元座標測定器CMIの操作に習熟した管理者によって、測定位置や測定条件などを設定する際に撮影された画像が用いられる。

テーブルナビ情報表示欄５４０には、図４７に拡大して図示するにように、テーブル４００の原位置５４０a、次に測定すべき測定ポイント５４０b、ワークピースWPの推薦固定位置５４０c（テーブル４００の設定位置及び姿勢、テーブル４００を移動させる方向を意味する矢印アイコン５４０dが表示される。また、これに好ましくは、テーブル４００の現在の位置及び姿勢を意味するクロス表示５４０fを加えるのがよい。また、テーブルナビ情報表示欄５４０には、テーブル４００の外形輪郭を矩形表示して、テーブル４００の現在の位置５４０gを示す表示を加えてもよい。方向を示す矢印アイコン５４０dは、例えば右側へのテーブル４００の移動を誘導するときには右側を指し示す矢印アイコン５４０dを点滅させる及び／又は表示色を他とは違わせる等の強調した表示形態にするのがよい。

作業者は、テーブルナビ情報表示欄５４０に表示されるナビゲーション情報を見ながらテーブル４００を操作することができる。このナビゲーション情報はリアルタイムに表示されるため、管理者が意図する（管理者が設定した）テーブル４００の位置及び姿勢となるようにテーブル４００を位置決めすることができる。

図４５のフローチャートを参照して、実測定画面ＳＣ４には副撮像部（プローブカメラ）２１０（図４）が撮像したナビ画像が表示される。仮にナビ画像が無ければナビ画像表示欄５８４には、コンピュータグラフィック（ＣＧ）が表示される（Ｓ２０）。

ナビ画像から測定すべき要素があれば、ステップＳ２１からＳ２２に進んで、管理者が設定作業を行ったときの座標系及び測定点の位置座標と、現在の座標系つまりテーブル４００及びワークピースWPの位置から、設定測定位置を算出する。また、現在のプローブ２００の位置及び姿勢を取得する。現在のワークピースWPの位置は、勿論、主撮像部（定置カメラ）６００（図１）が撮像した画像から取得することができる。そして、これらの情報が実測定画面ＳＣ４に表示される。

次のステップＳ２４では、プローブ２００の位置及び姿勢、テーブル４００の位置及び姿勢が取り込まれ、そして、今現在のプローブ２００の位置及び姿勢及びテーブル４００の位置及び姿勢が実測定画面ＳＣ４に表示される（Ｓ２５）。ステップＳ２４は常時、更新し続けられる。したがって、実測定画面ＳＣ４には、プローブ２００及びテーブル４００の位置及び姿勢がリアルタイムに表示される。

作業者が、実測定画面ＳＣ４の測定開始ボタン５８６（図４６）を押し下げると（Ｓ２６）、ナビ画像表示欄５８４には、ナビ画像の上に測定点Ｐが表示される（図４８）。これを見て、作業者は、ナビ画像表示欄５８４に表示の測定点Ｐに向けてプローブ２００をアクセスすることになる。撮像画像(ナビ画像)ＳＩにおいて、今、測定すべき測定位置Ｐとプローブ２００の接触子２０８aとの間の距離を示すインジケータｉｃを表示してもよく、また、複数の測定位置Ｐの測定順番及び測定済みを目視で分かる表示を加えてもよい。

次のステップＳ２７では、テーブル４００及びプローブ２００の現在の位置及び姿勢が取り込まれ、そして、今の座標系において、接触子２０８aを当接させた測定位置Ｐの相対座標が算出される。第１、第２の幾何要素つまり第１、第２の円筒９０２、９０４の各測定位置Ｐの測定が完了すると、ステップＳ２９からステップＳ３０に進んで、計測した複数の測定位置Ｐの相対位置座標や、テーブル４００及びプローブ２００の現在の位置及び姿勢に基づいて、必要であれば、座標系の変換が行われ、第１、第２の幾何要素である円筒９０２、９０４の向き、測定要素の距離などが相対位置座標又は絶対位置座標に基づいて算出される（Ｓ３０）。そして、その結果が、結果表示欄５９０に表示される（Ｓ３１、図４９）。したがって、作業者は撮像画像(ナビ画像)ＳＩの上に重畳表示される測定位置Ｐに対してプローブ２００をアクセスさせ、そして接触子２０８aを指定された測定位置Ｐに当接させる作業を反復するだけで、事実上、管理者が行ったと同じ測定を完了することができる。

ステップＳ３１において、測定結果を例えばプリンタなどで出力してもよい。その際、各測定位置Ｐでどのような姿勢でプローブ２００をワークピースWPに当接させたか、実際に測定した位置と設定されている測定位置Ｐとが同じか否かなどを知るのに、各測定位置Ｐを測定したときの写真を副撮像部２１０で撮影して、これをプローブ２００の位置情報と一緒に保存しておくのがよい。そして、プリンタで出力するときには、この撮像画像を例えば各測定位置Ｐの測定座標と一緒に掲載するのがよい。

図４８を参照すると直ちに分かるように、撮像部６００（図１）が撮像した画像（測定対象物表示欄５８０）では、幾何要素の第２円筒９０４が左隅に現れているだけであり、幾何要素の第１円筒９０２は表示されていない。作業者にテーブル４００の変位に関する情報がテーブルナビ情報表示欄５４０（前述した図４７）に表示される。作業者は、テーブルナビ情報表示欄５４０の表示情報に従ってテーブル４００を変位させることで第１、第２の幾何要素である円筒９０２、９０４を管理者が推奨する位置及び向きに位置決めすることができる（図５０）。

実測定画面ＳＣ４での表示に関し、図５１、図５２、図５３の表示を加えてもよい。図５１は、管理者が設定した測定位置Ｐとは異なる位置を測定した場合、測定位置が異なる旨の注意表示５９２を行うようにしてもよい。図５１の例では、「測定位置が異なります。測定位置を確認して再度測定して下さい。」が注意表示５９２として表示される。

管理者がステージロック機構７６０を使ってテーブル４００をロックすることを作業者に強要したいときには、これを簡易に設定できる設定項目を用意すればよい。設定ファイル５７６を使ってロック状態での測定を設定したときには、図５２に図示のように、作業者がテーブル４００をロックしないで測定したときには、実測定画面ＳＣ４において、ロックしていない旨の警告表示５９４が行われる。図５２の例では、「ナビゲーション設定で指定したロック状態が異なります。ロック状態を変更して再度測定して下さい。」が警告表示５９４として表示される。

可動テーブル４００の変位に関し、実測定画面ＳＣ４に、好ましくは、テーブルナビ情報表示欄５４０が表示される。この表示に誘導されて、作業者がテーブルナビ情報表示欄５４０の指示に従ってテーブル４００を動かすことで、測定対象物を適正な位置及び姿勢（設定位置及び姿勢）に位置決めすることができる。このテーブルナビ情報表示欄５４０に、図５３で実線５５４で図示した例えば四角の枠で、テーブル４００を動かしても良い範囲を指し示すのが好ましい。具体的には、測定可能なテーブル４００の移動範囲を視認し易い表示、例えば四角の枠５５４で表示するのがよい。

上述した説明から、当業者であれば、実施例の光学式三次元座標測定器CMIが優れた利点を備えていることが直ちに認識できるであろう。特に、可動テーブル４００を備えているため、大きなサイズの測定対象物つまりワークピースWPに対しても適用できる。また、プローブ２００の位置及び姿勢は、定置した主撮像部６００がプローブマーカ２１２を撮像した画像に基づいて検出される。このことから、測定している時のプローブマーカ２１２が主撮像部６００で適正に撮像できる視野範囲に存在していることが、一定の測定精度を維持する上で望ましい。この観点から、必要に応じてテーブル４００を原位置から変位させることができる。メイン抵抗機構部品７１０（図２３）によって、所定以上の力を加えないとテーブル４００を変位させることができない。したがって、作業員や管理者がテーブル４００を変位させ、テーブル４００が所望の位置又は姿勢に達した瞬間に力を抜くことでテーブル４００は直ちに変位を停止することになる。また、プローブ２００の接触子２０８aをワークピースWPに当接させたとしても、これによる力によって不用意にテーブル４００が変位することはない。

第２の測定例：
測定精度を維持するために、テーブル４００の可動性を利用して測定するのが好適な測定対象物つまりワークピースWPを図５４を参照して例示的に説明する。図５４の画像は、ワークピースWPの一端面側から撮影されている。ワークピースWPは、長手方向に延びる断面円形の貫通穴１０を有している。貫通穴１０は、ワークピースWPの一端面と他端面に夫々、開放した開口部１０aを有している。

一端側及び他端側の開口部１０aの同軸度を測定する場合を例に説明する。同軸度とは、測定対象物となる軸が、基準となる軸から変位している、その大きさを意味する。

同軸度を測定するためには、先ず、一端側と他端側の開口部１０aの夫々の円筒形状を測定する必要がある。この測定に際し、前述した通り、測定条件設定画面ＳＣ２の対象部分形状選択欄５０６（図５７）から作成要素ボタン幾何要素である「円筒」を選択し、そして、最小で６点、好ましくは１２点以上の点の座標を測定し、測定した点の座標を用いて円筒を推定し、推定した円筒の直径、半径、中心座標、軸方向ベクトル、円筒度等を算出することになる。

一端側の開口部１０aを測定するのに、先ず、テーブル４００を右方向（X軸方向のプラス側）に移動させることで(図５５)、プローブ２００を主撮像部６００の視野範囲に入れればよい。次に、他端側の開口部１０aを測定するのに、テーブル４００を左方向（X軸方向のマイナス側）に移動させることで(図５６)、プローブ２００を主撮像部６００の視野範囲に入れればよい。このように、例えばサイズの大きな測定対象物つまりワークピースWPに対しても容易に対応できる。

テーブル４００を変位させるために、オペレータがテーブル４００に力を加えたときに、オペレータの操作力のＸ軸方向の分力が上記の所定値を上回ったときに、テーブル４００はＸ軸方向に移動する。つまり、オペレータが意図的にテーブル４００に力（そのＸ軸方向の分力が所定値よりも大きい）を加えることでテーブル４００をＸ軸方向に移動させることができる。そして、操作力を弱めた、その瞬間にテーブル４００は停止する。このことは、テーブル４００の回転についても同様である。勿論、オペレータの1つの操作によって、その操作力のＸ軸方向の分力及び回転方向の分力が共に所定値を越えさせることが可能である。つまり、テーブル４００をＸ軸方向に移動させながらテーブル４００を回転させることも可能である。

図５７を参照して、一端側の開口部１０aを測定した後に、測定した一端側の幾何要素である第１円筒形状１２aを測定領域仮想画像ＶＩに重畳表示するのが良い。また、その後に、他端側の開口部１０aを測定したら、他端側の幾何要素である測定した第２円筒形状１２bを測定領域仮想画像ＶＩに重畳表示するのが良い。一端側及び他端側の幾何要素つまり円筒形状１２a、１２bは、絶対座標系に基づいて作成される。変形例として、一端側及び他端側の開口部１０aに夫々対応した第１、第２の幾何要素である円筒形状１２a、１２bだけを表示するようにしてもよい。

次いで、図５７に図示の測定条件設定画面ＳＣ２の測定項目選択欄５０４及び対象部分形状選択欄５０６は基本測定のタブが付けられている。複数のタブのうち、幾何公差のタブを選択すると、測定項目選択欄５０４及び対象部分形状選択欄５０６は図５８の表示に切り替わる。図５８の表示に含まれる同軸度ボタン５１６をクリックすることで同軸度測定モードを設定できる。

次に、（１）第１幾何要素の第１円筒形状１２aを基準に、第２幾何要素の第２円筒形状１２bの同軸度を測定する、（２）同軸度の公差上限値を入力して、これを設定する等、同軸度の測定をする上で必要なパラメータを設定する。これにより、第１、第２の幾何要素である第１円筒形状１２aと第２円筒形状１２bとの同軸度を測定することができる。勿論、同軸度に関連して求めることのできる第１、第２の開口部１０a、１０bの直径が設計通りであるか否か（公差範囲内となっているか否か）を確認したり、第１開口部１０aが開口する一端面と、第２開口部１０bが開口する他端面との間の距離が設計通りであるか否かを確認することができる。

すなわち、例えば、各穴の直径、複数の穴同士の同軸度、穴が形成された各面の面間距離それぞれに対して公差を設定するというように、複数の確認内容（複数の検査内容）をまとめて検査設定として予め設定しておくことで、全ての検査内容が公差範囲内であれば、総合判定としてOK表示を、いずれかが公差範囲外となるようであれば、総合判定としてNG表示をすることができる。

実施例の光学式三次元座標測定器CMIによれば、プローブ２００の接触点２０８aが接する測定位置の座標を相対座標系で特定し、そして、点又は幾何形状の推定により、寸法や幾何的特徴量を測定することができる。そして、光学式三次元座標測定器CMIの一つの使い方として、予め設定した公差と、測定された寸法や幾何的特徴量とを比較することで、測定対象物つまりワークピースWPを検査することができる。

また、実施例の光学式三次元座標測定器CMIに含まれる可動テーブル４００が回転可能であることから、テーブル４００を回転させることで、定置した主撮像部６００に対してプローブマーカ２１２を正対させることができる。図５９はテーブル４００を反時計方向に回転させた例を示す。図６０はテーブル４００を時計方向に回転させた例を示す。

以上、本発明の実施例を説明したが、実施例の光学式三次元座標測定器CMIは、例えば長尺のワークピースWPにも適用可能である。すなわち、長尺のワークピースWPの一端面と他端面の間の距離を測定する場合、X軸方向にテーブル４００を移動させることで、ワークピースWPの一端面又は他端面を測定するプローブ２００のマーカ２１２を主撮像ユニット６００の視野の中に入れることができる。つまり、比較的コンパクトな光学式三次元座標測定器CMIでありながら、変位可能なテーブル４００を移動させることで、比較的大きなワークピースWPの測定が可能になる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は光学式三次元座標測定器CMIに限定されない。本発明は、従来技術の欄で説明した門型タイプやアームタイプなどの機械式三次元座標測定器にも適用可能である。

ＣＭＩ 光学式三次元座標測定器
ＰＣ パーソナルコンピュータ
２ 記憶部
４ 制御部
２００ プローブ
２１２ プローブマーカ
４００ テーブル
４０２ ステージ基台
４１０ ステージマーカ
４１２ ステージマーカユニット
４２２a ステージマーカユニットの第１ブロック
４２２b ステージマーカユニットの第２ブロック
４２２c ステージマーカユニットの第３ブロック
６００ 主撮像ユニット（撮像装置）
７１０ メイン抵抗機構部品
７１０(X) Ｘ方向メイン抵抗機構部品
７１０(c) 回転方向メイン抵抗機構部品
７６０ テーブルロック機構
８２２ ユニットメモリ

Claims (9)

1. 測定対象物を載置するためのテーブルであって変位可能なテーブルと、
   該テーブル上の測定対象物の測定位置を指示するためのプローブと、
   該プローブの位置及び姿勢を特定するプローブ位置及び姿勢特定手段と、
   前記テーブルの位置及び姿勢を特定するための複数のステージマーカを有し、前記テーブルに着脱自在なステージマーカユニットと、
   前記ステージマーカを含む画像を取得するための撮像装置と、
   該撮像装置が取得した撮像画像に含まれる前記複数のステージマーカに基づいて前記撮像装置に対する前記テーブルの位置及び姿勢を特定するテーブル位置及び姿勢特定手段と、
   該テーブル位置及び姿勢特定手段が特定した前記テーブルの位置及び姿勢と、前記プローブ位置及び姿勢特定手段が特定した前記プローブの位置及び姿勢とに基づいて、該プローブが指示する測定位置の前記ステージに対する相対位置座標を求める演算手段とを有する三次元座標測定器。
2. 前記テーブルを変位可能に支持するステージ基台を更に有し、
   該ステージ基台と前記撮像装置との相対位置が固定されると共に、前記撮像装置が前記テーブルを斜め下方に臨む位置に位置決めされ、
   前記テーブルが、前記撮像装置に近い第１の側縁と、遠い第２の側縁とを有し、
   前記ステージマーカユニットが、前記テーブルの前記第１の側縁側に配置されている、請求項１に記載の三次元座標測定器。
3. 前記テーブルが、該テーブルの前記第１の側縁の延び方向に変位可能である、請求項２に記載の三次元座標測定器。
4. 前記プローブに設けられ、前記撮像装置によって撮影可能な複数のプローブマーカを更に有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の三次元座標測定器。
5. 前記ステージマーカと前記プローブマーカとが共に自発光タイプのマーカで構成され、
   前記ステージマーカと前記プローブマーカとが異なるタイミングで点灯する、請求項４に記載の三次元座標測定器。
6. 前記撮像装置と前記ステージ基台とが分離可能であり、
   前記撮像装置、前記ステージマーカユニット、前記プローブの少なくとも１つに、校正情報を記憶するメモリが内蔵されている、請求項４又は５に記載の三次元座標測定器。
7. 前記ステージマーカユニットはユニットメモリを更に有し、該ユニットメモリに、前記複数のステージマーカの相対的な位置関係を含む校正情報が記憶される、請求項１〜３のいずれか一項に記載の三次元座標測定器。
8. 前記ステージマーカユニットは細長い形状を有し、
   該ステージマーカユニットは、高低差のある複数のブロックを有し、
   各ブロックに複数の前記ステージマーカが配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の三次元座標測定器。
9. 隣接する２つのブロックにおいて、一方のブロックに配置された複数のステージマーカの第１の配列方向と、他方のブロックに配置された複数のステージマーカの第２の配列方向とが異なっている、請求項８に記載の三次元座標測定器。