JP7228762B2 - 三次元座標測定機及び三次元座標測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、三次元座標測定機及び三次元座標測定方法に関し、特に同一の形状を有する複数の測定要素の測定を行う三次元座標測定機及び三次元座標測定方法の技術に関する。

従来より、三次元座標測定機を使用して、同一の形状を有する複数の測定要素を繰り返し測定が実行されている。例えば、特許文献１には、被測定物に対してプローブを相対移動させながら複数の測定要素（測定点）で測定を行い、且つその相対移動経路に基づき各測定要素の測定経路を記憶する三次元座標測定機が記載されている。この特許文献１に記載の三次元座標測定機では、他の（２回目以降）の被測定物の各測定要素の測定を行う場合には、予め記憶した測定経路に従ってプローブを移動させることにより、各測定要素を自動測定することができる。

特開２０００－７４６６１号公報

ところで、特許文献１に記載の三次元座標測定機では、予め記憶した測定経路に従ってプローブを移動させることで２回目以降の各測定要素の自動測定を可能にしているが、この２回目の測定中に何らか原因でプローブと次の測定対象の測定要素との相対位置が変わってしまう場合がある。この場合には、プローブと次の測定対象の測定要素との相対位置関係に狂いが生じるため、測定要素の自動測定を行うことができず、手動測定に切り替える必要が生じる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、プローブと測定要素との相対位置関係に基づいて、同一の形状を有する複数の測定要素の測定を正確で効率的に行うことができる三次元座標測定機及び三次元座標測定方法を提供することである。

上記目的を達成するための本発明の一の態様である三次元座標測定機は、同一の形状を有する複数の測定要素の形状を測定する三次元座標測定機において、測定要素の測定点の三次元座標を取得するためのプローブと、プローブを移動させる駆動部と、プローブの手動の移動操作を受け付ける操作部と、操作部で受け付けた移動操作に応じて、駆動部を駆動して、複数の測定要素のうちの第１の測定要素の複数の測定点にプローブを接触させる第１の駆動制御部と、移動操作に応じてプローブが接触した第１の測定要素の測定点ごとの三次元座標に基づき、複数の測定要素のうちの残りの第２の測定要素に対応する測定プログラムを生成する測定プログラム生成部と、プローブと第２の測定要素との相対位置関係を取得する相対位置関係取得部と、測定プログラム生成部が生成した測定プログラムと、相対位置関係取得部が取得した相対位置関係と、に基づき、駆動部を駆動して、第２の測定要素の複数の測定点にプローブを接触させる第２の駆動制御部と、を備える。

本態様によれば、プローブと第２の測定要素との相対位置関係が取得され、取得された相対位置関係と測定プログラム生成部で生成された測定プログラムとに基づき、第２の測定要素の複数の測定点にプローブが接触させられる。これにより、本態様は、正確で効率的な第２の測定要素の測定を行うことができる。

好ましくは、プローブが接触した第１の測定要素の測定点ごとの三次元座標に基づき第１の測定要素の形状を演算し、且つプローブが接触した第２の測定要素の測定点ごとの三次元座標に基づき第２の測定要素の形状を演算する形状演算部を備える。

好ましくは、操作部で受け付けた移動操作又は予め定められた移動パターンに応じて駆動部を駆動して、プローブを第２の測定要素の複数点に接触させる第３の駆動制御部を備え、相対位置関係取得部が、プローブが接触した第２の測定要素の複数点ごとの三次元座標に基づき相対位置関係を演算する。

好ましくは、測定プログラム生成部が、プローブが接触した第１の測定要素の測定点ごとの三次元座標に基づき、全ての測定点に接触するまでにプローブが移動する移動距離が最短となる測定点の測定順番を規定した測定プログラムを生成する。

好ましくは、測定プログラム生成部が、プローブが接触した第１の測定要素の測定点ごとの三次元座標に基づき、測定点から予め定めた距離の範囲内で測定点に向けて移動する第１の移動時のプローブの移動速度である第１の移動速度と、第１の移動時とは異なる第２の移動時のプローブの移動速度である第２の移動速度と、を規定した測定プログラムを生成し、第２の移動速度が第１の移動速度よりも高速である。

好ましくは、測定プログラム生成部が、プローブが接触した第１の測定要素の測定点ごとの三次元座標に基づき、測定点ごとに、測定点に至るまでのプローブの移動経路を規定した測定プログラムを生成し、測定点ごとの移動経路は、少なくとも測定点から予め定めた距離の範囲内において、測定点を通り且つ測定点を含む第２の測定要素の被測定面に対して垂直な垂直経路を含む。

本発明の他の態様である三次元座標測定方法は、同一の形状を有する複数の測定要素の形状を測定する、測定要素の測定点の三次元座標を取得するためのプローブと、プローブを移動させる駆動部と、プローブの手動の移動操作を受け付ける操作部を有する三次元座標測定機で行われる三次元座標測定方法であって、操作部で受け付けた移動操作に応じて、駆動部を駆動して、複数の測定要素のうちの第１の測定要素の複数の測定点にプローブを接触させるステップと、移動操作に応じてプローブが接触した第１の測定要素の測定点ごとの三次元座標に基づき、複数の測定要素のうちの残りの第２の測定要素に対応する測定プログラムを生成するステップと、プローブと第２の測定要素との相対位置関係を取得するステップと、測定プログラムと、相対位置関係と、に基づき、駆動部を駆動して、第２の測定要素の複数の測定点にプローブを接触させるステップと、を含む。

本発明によれば、三次元座標測定機のプローブと第２の測定要素との相対位置関係が取得され、取得された相対位置関係と測定プログラム生成部で生成された測定プログラムとに基づき、第２の測定要素の複数の測定点にプローブが接触させられるので、正確で効率的な測定を行うことができる。

図１は、三次元座標測定機の外観斜視図である。 図２は、コンピュータの機能ブロック図である。 図３は、三次元座標測定工程を示すフローチャートである。 図４は、測定準備工程を説明する図である。 図５は、第１の測定工程を説明する図である。 図６は、初期測定プロセスにより測定された測定点Ｐ１～Ｐ８を概念的に示す図である。 図７は、要素間移動工程を説明する図である。 図８は、予備測定の測定経路の一例を説明する図である。 図９は、測定プログラムで規定された測定経路の一例を説明する図である。 図１０は、基準面と平行な仮想面を説明する図である。

以下、添付図面に従って本発明に係る三次元座標測定機及び三次元座標測定方法の好ましい実施の形態について説明する。

図１は、三次元座標測定機１０の外観斜視図である。三次元座標測定機１０は、プローブ１２ａの位置姿勢を変位させながらワークＷの測定要素の形状等を測定する。

三次元座標測定機１０は、架台１４と、架台１４の上部に設けられた定盤１６と、定盤１６の両端部に立設された右Ｙキャリッジ１８Ｒ及び左Ｙキャリッジ１８Ｌと、右Ｙキャリッジ１８Ｒ及び左Ｙキャリッジ１８Ｌの上部を連結するＸガイド２０と、を備える。右Ｙキャリッジ１８Ｒと左Ｙキャリッジ１８ＬとＸガイド２０とにより門型フレーム２２が構成される。

定盤１６のＸ軸方向の両端部の上面と側面には、Ｙ軸方向に沿って右Ｙキャリッジ１８Ｒ及び左Ｙキャリッジ１８Ｌが摺動する摺動面が形成されている。また、右Ｙキャリッジ１８Ｒ及び左Ｙキャリッジ１８Ｌには、定盤１６の摺動面に対向する位置にエアベアリング（不図示）が設けられている。これにより、右Ｙキャリッジ１８Ｒ及び左Ｙキャリッジ１８Ｌが、Ｘガイド２０とともにＹ軸方向に移動自在となる。

Ｘガイド２０には、Ｘキャリッジ２４が取り付けられている。Ｘガイド２０には、Ｘキャリッジ２４が摺動する摺動面がＸ軸方向に沿って形成されている。また、Ｘキャリッジ２４には、Ｘガイド２０の摺動面に対向する位置にエアベアリング（不図示）が設けられている。これにより、Ｘキャリッジ２４がＸ軸方向に移動自在となる。

Ｘキャリッジ２４には、Ｚキャリッジ２６が取り付けられている。また、Ｘキャリッジ２４には、Ｚキャリッジ２６をＺ軸方向に案内するＺ軸方向案内用のエアベアリング（不図示）が設けられている。これにより、Ｚキャリッジ２６が、Ｘキャリッジ２４によってＺ軸方向に移動可能に保持される。Ｚキャリッジ２６の下端には、プローブヘッド１２が取り付けられている。

プローブヘッド１２は接触式のプローブ１２ａの基端を保持している。プローブ１２ａの先端には、スタイラス１２ｂの基端が取り付けられている。このスタイラス１２ｂの先端には、接触子１２ｃが取り付けられている。スタイラス１２ｂ及び接触子１２ｃがプローブ１２ａの測定子を構成する。

プローブ１２ａは、互いに直交する２つの回転軸θ１及び回転軸θ２（図１参照）の軸周りに、駆動部２８（図２参照）により回転させられる。

門型フレーム２２をＹ軸方向に移動させるＹ軸駆動部と、Ｘキャリッジ２４をＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動部と、Ｚキャリッジ２６をＺ軸方向に移動させるＺ軸駆動部と、を含む駆動部２８（図２参照）が設けられている。これにより、プローブヘッド１２及びプローブ１２ａをＸＹＺの３軸方向に移動させることができる。

定盤１６の右Ｙキャリッジ１８Ｒ側の端部には、Ｙ軸方向位置検出用リニアスケール（図示せず）が設けられている。また、Ｘガイド２０にはＸ軸方向位置検出用リニアスケール（図示せず）が設けられ、Ｚキャリッジ２６にはＺ軸方向位置検出用リニアスケール（図示せず）が設けられている。

右Ｙキャリッジ１８Ｒには、Ｙ軸方向位置検出用リニアスケールを読み取るＹ軸方向位置検出ヘッド（図示せず）が設けられている。また、Ｘキャリッジ２４には、Ｘ軸方向位置検出用リニアスケールを読み取るＸ軸方向位置検出ヘッド（図示せず）と、Ｚ軸方向位置検出用リニアスケールを読み取るＺ軸方向位置検出ヘッド（図示せず）とが設けられている。さらに、プローブヘッド１２には、プローブ１２ａの回転角θ１、θ２をそれぞれ検出するロータリエンコーダ等の回転角検出部（図示せず）が設けられている。三次元座標測定機１０は、ＸＹＺの各軸の方向位置検出ヘッドの検出結果と、回転角検出部の検出結果とに基づき、プローブ１２ａの先端の接触子１２ｃがワークＷの測定要素のそれぞれの測定点（内周面等）に接触した際の各測定点のＸＹＺ軸方向の座標を検出する。

三次元座標測定機１０は、駆動部２８を制御して、プローブヘッド１２の動き、すなわち、プローブ１２ａ（スタイラス１２ｂ）の位置姿勢の変位を制御する駆動コントローラ３２を備えている。ここで三次元座標測定機１０は、測定を自動で行う自動測定モードと、測定を手動で行う手動測定モードとを有している。

また、駆動コントローラ３２には、プローブ１２ａの位置姿勢の変位を手動操作するためのジョイスティック等のプローブ操作部３２ａが設けられている。従って、駆動コントローラ３２は、手動測定モード時にはプローブ操作部３２ａが受け付ける手動操作に応じて、駆動部２８を制御することにより、プローブ１２ａの位置姿勢を変位させる。

駆動コントローラ３２には、プローブ１２ａの接触検知センサ（図示せず）と、前述の不図示のＸＹＺの各軸の方向位置検出ヘッド（図示せず）と、回転角検出部（図示せず）とが接続されている。そして、駆動コントローラ３２は、接触検知センサによりプローブ１２ａの接触子１２ｃがワークＷの測定要素の測定点に接触したことを検知した瞬間に、ＸＹＺの各軸の方向位置検出ヘッド及び回転角検出部の各々の検出結果を取得して、各測定点のＸＹＺ軸方向の座標を検出する。各測定点の座標は、駆動コントローラ３２からコンピュータ３４へ出力される。

コンピュータ３４は、ＬＡＮ（Local Area Network）等の各種の通信インタフェース３６（図１参照）により駆動コントローラ３２に対してデータ通信可能に接続されている。

コンピュータ３４には、ソフトウエアプログラム３４ａがインストールされている。コンピュータ３４は、ソフトウエアプログラム３４ａを実行することにより、各測定点の座標の取得を含む各種の測定作業を実行する。

［コンピュータの機能］
図２は、コンピュータ３４の機能ブロック図である。図２に示すように、コンピュータ３４の不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）又はＦＰＧＡ（field-programmable gate array）と、記憶部５０とを含んで構成される制御部４０は、既述のソフトウエアプログラム３４ａを実行する。これにより制御部４０は、駆動制御部（第１の駆動制御部、第２の駆動制御部、第３の駆動制御部）５２Ａ、測定プログラム生成部５２Ｂ、相対位置関係取得部５２Ｃ及び形状演算部５２Ｄとして機能する。なお、駆動制御部５２Ａ、測定プログラム生成部５２Ｂ、相対位置関係取得部５２Ｃ及び形状演算部５２Ｄに関しては後述する。また、記憶部５０に記憶される測定プログラム４９は、測定プログラム生成部５２Ｂで生成される。測定プログラム４９の具体的な内容は後述する。

＜三次元座標測定工程＞
次に、ティーチング機能を利用して三次元座標測定機１０により、複数の同一の形状を有する測定要素を順次測定する三次元座標測定工程（三次元座標測定方法）に関して説明する。なお、ここでは、一例として測定要素である円要素Ｅ１（第１の測定要素）と円要素Ｅ２（第２の測定要素）とを有するワークＷ（図４参照）の円形状の測定が行われる場合について説明する。

図３は、三次元座標測定工程を示すフローチャートである。三次元座標測定工程は、測定準備工程（ステップＳ１０）、第１の測定工程（ステップＳ１１）、測定プログラム生成工程（ステップＳ１２）、要素間移動工程（ステップＳ１３）、相対位置関係取得工程（ステップＳ１４）及び第２の測定工程（ステップＳ１５）を含む。以下に、各工程に関して、図４～図９を使用して詳細な説明を行う。なお、図４、図５及び図７ではプローブヘッド１２のみを図示し、三次元座標測定機１０の他の部分は省略している。

［測定準備工程］
図４は、測定準備工程（ステップＳ１０）を説明する図である。ワークＷは、三次元座標測定機１０の定盤１６上に配置される。測定者は、プローブ操作部３２ａを構成するジョイスティック（不図示）を操作することにより、円要素Ｅ１の中心Ｃｔ１にプローブ１２ａを移動させる。その後、ユーザはティーチングモードを起動する。ティーチングモードの起動は、例えば駆動コントローラ３２に設けられるスイッチで行われる。ティーチングモードが起動されると、以下で説明するジョイスティックの操作でプローブ１２ａを移動させて行う円要素Ｅ１の初期測定プロセスが記憶部５０に記憶される。

［第１の測定工程］
図５は、第１の測定工程（ステップＳ１１）を説明する図である。測定者は、ジョイスティックを操作してプローブ１２ａを移動させ円要素Ｅ１に接触させて測定を行う。プローブ１２ａは、中心Ｃｔ１を開始位置とし、方向ベクトル６０（図６参照）で示す８方向に順次移動させて円要素Ｅ１に接触し、複数の測定点の三次元座標を取得する。なお、本例では、８点の測定点の三次元座標を取得するものとする。

円要素Ｅ１の測定が終了すると、プローブ操作部３２ａに設けられるターミネートボタン（（要素測定終了ボタン）、不図示）が押下され、８点の測定点の三次元座標が記憶部５０に記憶される。またターミネートボタンが押下されると、ティーチングモードは終了する。

図６は、初期測定プロセスにより測定された測定点Ｐ１～Ｐ８を概念的に示す図である。図６に示すように、円要素Ｅ１の円周に８点の測定点が取得される。初期測定プロセスとして、記憶部５０に記憶されるのは、例えば測定開始位置である各測定点（Ｐ１～Ｐ８）の三次元座標である。なお、三次元座標にはプローブ１２ａの測定点への接触方向を示すベクトル（方向ベクトル６０）も付加されている。また、初期測定プロセスとして、記憶部５０に記憶される情報としては、各測定点（Ｐ１～Ｐ８）の三次元座標に限定されず、測定者の手動による測定に関する情報であれば特に限定されるものではない。形状演算部５２Ｄは、取得された８点の測定点（Ｐ１～Ｐ８）の三次元座標を取得して、円要素Ｅ１の形状を算出する。

［測定プログラム生成工程］
測定プログラム生成工程（ステップＳ１２）では、測定プログラム生成部５２Ｂにより、円要素Ｅ２の測定経路、すなわち測定点の位置を示す座標、測定点の測定順番及びプローブ１２ａの移動経路等を規定したプログラムが生成される。測定プログラム生成部５２Ｂで生成される測定プログラム４９の具体例に関しては後で説明する。なお、測定プログラム生成部５２Ｂでの測定プログラム４９の具体的な作成方法については公知であるので、ここでは具体的な説明は省略する。

［要素間移動工程］
図７は、要素間移動工程（ステップＳ１３）を説明する図である。測定者は、円要素Ｅ１の測定が終了すると、ジョイスティックを操作して、プローブ１２ａを円要素Ｅ１から円要素Ｅ２の中心Ｃｔ２に移動させる。その後、自動測定モードを起動する。自動測定モードの起動は、例えば駆動コントローラ３２に設けられるスイッチで行われる。自動測定モードが起動されると、先ず以下で説明する相対位置関係取得工程が行われ、続いて第２の測定工程が行われる。ここで、プローブ１２ａの円要素Ｅ１から円要素Ｅ２への移動は、測定者がジョイスティックを操作して行われるため、円要素Ｅ２への移動後のプローブ１２ａは円要素Ｅ２の中心に必ずしもあるとは限らない。そのため、移動後のプローブ１２ａの位置と円要素Ｅ２の本来の中心の位置とにずれが生じてしまうと、測定プログラムにより測定が行われる場合に、正確で効率的な測定を行うことができないという問題がある。そこで、本例では、プローブ１２ａと測定要素ごと（例えば円要素Ｅ２）の相対位置関係を取得する。

［相対位置関係取得工程］
相対位置関係取得工程（ステップＳ１４）では、相対位置関係取得部５２Ｃは、プローブ１２ａと円要素Ｅ２との相対位置関係を取得する。相対位置関係は、円要素Ｅ２の形状を特定することで取得する。具体的には、予備測定を行い円要素Ｅ２の複数の測定点の三次元座標を取得し、その測定点の三次元座標に基づき円要素Ｅ２のサイズ及び位置を取得する。以下に、予備測定を行って円要素Ｅ２のサイズ（半径ｒ）及び位置（中心Ｃ２）を取得する例を説明する。

図８は、予備測定の測定経路の一例を説明する図である。図８に示す例では、予め定められた移動パターンに応じて、駆動制御部５２Ａが駆動部２８を制御してプローブ１２ａを移動させる場合である。先ず、要素間移動工程においてプローブ１２ａが手動で移動させられた中心Ｃｔ２から、初期測定プロセスにおける測定点Ｐ１を測定する際の方向ベクトル６０（Ｐ１）に沿ってプローブ１２ａが移動し、測定点Ｐｔ１の三次元座標が取得される。その後、中心Ｃｔ２において方向ベクトル６０から中心角１２０°回転させた方向ベクトル６２に沿ってプローブ１２ａが移動し、測定点Ｐｔ２の三次元座標が取得される。次に、中心Ｃｔ２において方向ベクトル６２から中心角１２０°回転させた方向ベクトル６４に沿ってプローブ１２ａが移動し、測定点Ｐｔ３の三次元座標が取得される。なお、相対位置関係を取得するために測定される測定点の数は、特に限定されず、測定要素の形状が特定される測定点の数を設定することができる。好ましくは、初期測定プロセスにおける測定点の数よりも少ない測定点の数により、予備測定が行われる。

相対位置関係取得部５２Ｃは、得られた３点Ｐｔ１、Ｐｔ２及びＰｔ３の三次元座標に基づいて、円要素Ｅ２の中心Ｃ２及び半径ｒ（図９参照）を取得する。円要素Ｅ２の中心Ｃ２は、実際に円要素Ｅ２を測定した測定点Ｐｔ１、Ｐｔ２及びＰｔ３の三次元座標から算出されており、手動で移動された中心Ｃｔ２よりも正確に円要素Ｅ２の中心を示す。また、円要素Ｅ２の半径ｒは、実際に測定された測定点Ｐｔ１、Ｐｔ２及びＰｔ３の三次元座標から算出されており、例えば円要素Ｅ２の図面情報よりも正確に円要素Ｅ２の半径を示す。相対位置関係取得部５２Ｃがプローブ１２ａと円要素Ｅ２との相対位置関係（円要素Ｅ２の中心Ｃ２及び半径ｒ）を得ると、駆動制御部５２Ａは、プローブ１２ａを第２の測定工程の開始位置である中心Ｃ２に移動させる。

［第２の測定工程］
第２の測定工程（ステップＳ１４）では、円要素Ｅ２の測定を、相対位置関係取得工程で得られた相対位置関係と測定プログラム４９とに基づき行われる。具体的には、駆動制御部５２Ａは、相対位置関係と測定プログラム４９とに基づいて、プローブ１２ａを移動させて円要素Ｅ２の複数の測定点にプローブ１２ａを接触させる。

図９は、円要素Ｅ２の測定プログラム４９で規定されるプローブ１２ａの移動経路の例の一部を説明する図である。なお、図９の点線及び実線の矢印はプローブ１２ａの移動経路を示す。また、予備測定で取得された円要素Ｅ２の半径ｒ及び中心Ｃ２が示されている。

プローブ１２ａは、中心Ｃ２から測定点Ｐ１に向かって移動するので、測定点Ｐ１における接線と直交する測定点Ｐ１を通る直線（垂直経路）に沿って移動し測定点Ｐ１に接触することができる。このように、測定点Ｐ１に対して垂直経路に沿ってプローブ１２ａを移動し、接触させることにより、測定点での正確な三次元座標の取得を行うことができる。なお、測定要素の形状が円要素以外である場合であっても、測定点を通り且つ測定点を含む測定要素の被測定面に対して垂直な垂直経路が設定されることにより、同じように正確な測定点の三次元座標を取得することができる。

また、図９に示す移動経路では、プローブ１２ａの移動の速度の切り換えが行われる。図９に示すように、各測定点から距離ｄ１離れたプローブ１２ａを測定点に近づけて接触させるためのアプローチ区間（図９では点線の矢印で示す）ではプロービング速度（第１の移動速度）でプローブ１２ａを移動させる（第１の移動時）。一方、アプローチ区間以外（図９では実線の矢印で示す）では、プロービング速度よりも速い移動速度（第２の移動速度）でプローブ１２ａを移動させる（第２の移動時）。そして、プロービング速度と移動速度との切り換えは切換ポイントＴで行われる。切換ポイントＴの位置は、円要素Ｅ２の半径ｒ（サイズ）に基づいて決定される。ここでプロービング速度は、正確に測定を行える範囲において任意に設定可能である。また移動速度は、三次元座標測定機１０においてプローブ１２ａの移動の最大速度まで設定が可能である。このように、第２の測定工程において、プロービング速度と移動速度とを適切な位置（切換ポイントＴ）で切り換えてプローブ１２ａを移動させることにより、正確で効率的な測定を行うことができる。

また、プローブ１２ａは、測定点Ｐ１に接触して三次元座標を取得した後に、図９に示すように、測定点Ｐ１から移動速度で距離ｄ１分戻り、中心Ｃ２を中心とする円弧状の移動経路を経て測定点Ｐ２の切換ポイントＴに移動する。そしてプローブ１２ａは、測定点Ｐ２のアプローチ区間では、プロービング速度で移動して測定点Ｐ２に接触して三次元座標を取得する。このように、プローブ１２ａが円弧状の移動経路を移動することにより、移動距離が短縮される。なお、プローブ１２ａは、測定点Ｐ２に対しても測定点Ｐ１と同様に、垂直経路に沿って移動し接触する。

このように測定点Ｐ２が取得されると、続いて測定点Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８と順次測定が行われる。なお、この測定順番は、プローブ１２ａが全ての測定点に接触するまでにプローブ１２ａが移動する移動距離が最短となる。測定点Ｐ１～Ｐ８の三次元座標が取得されると、ターミネートボタンが押下される。そして、測定点Ｐ１～Ｐ８の三次元座標は記憶部５０に記憶される。形状演算部５２Ｄは、取得された８点の測定点（Ｐ１～Ｐ８）の三次元座標を取得して、円要素Ｅ２の形状を算出する。

以上で説明したように、相対位置関係と測定プログラム４９に基づきプローブ１２ａを測定点Ｐ１～Ｐ８に接触させることにより、正確で効率的に三次元座標を取得することができる。

＜その他＞
上述した実施形態では、予備測定を行って相対位置関係を取得し、その相対位置関係と測定プログラム４９とに基づいてプローブ１２ａを移動させることにより、正確で効率的な測定を実現しているが、以下に説明する基準面の情報をさらに加えることにより、より正確な測定を行うことができる。

図１０は、基準面と平行な仮想面を説明する図である。なお、図１０では、プローブヘッド１２のみを図示し、三次元座標測定機１０の他の部分は省略している。ワークＷの上面Ｗｆは、円要素Ｅ１及び円要素Ｅ２の基準面である。従って、測定者はジョイスティックで操作してプローブ１２ａを移動させて上面Ｗｆに接触子１２ｃを接触させて、測定プログラム生成部５２Ｂに上面Ｗｆを示す情報を取得させる。そして測定プログラム生成部５２Ｂは、上面Ｗｆに平行となる仮想面ｆを形成するような測定点Ｐ１～Ｐ８の三次元座標を取得するプログラムを生成する。このように、上面Ｗｆと平行となる仮想面ｆを形成する測定点Ｐ１～Ｐ８を測定点とすることにより、基準面に平行に測定を行うことができ、より正確な測定を行うことができる。

また、上述した実施形態では、予備測定が自動で行われる場合について説明したが、予備測定は手動で行われてもよい。具体的には、予備測定において、ユーザがジョイスティックを操作することにより、円要素Ｅ２の任意の箇所の３点にプローブ１２ａを接触させて、三次元座標を取得してもよい。また、ユーザは、測定要素に切欠きがある場合には、切欠きを避けて測定点を取得してもよい。

また、上述した実施形態では、予備測定において円要素Ｅ２の位置（中心Ｃ２）及びサイズ（半径ｒ）の情報が得られたが、予備測定で取得される情報はこれに限定されるものではない。予備測定では、相対位置関係取得部５２Ｃがプローブ１２ａと円要素Ｅ２との相対位置関係を取得することができる情報が得られればよく、例えば予備測定において円要素Ｅ２の位置（中心Ｃ２）の情報だけが取得されてもよい。

また、上述した実施形態では、ワークＷが有する円要素Ｅ１及び円要素Ｅ２の測定に関して説明したが、測定要素の形状は、円に限られず他の形状の要素についても測定を行うことができる。また、測定要素の個数は、２つに限られるものではく、３つ以上でもよい。測定要素の個数が３つ以上である場合には、２番目以降に測定される測定要素ごとに予備測定が行われて、測定要素毎の相対位置関係が取得される。

＜効果＞
以上で説明したように本実施形態では、三次元座標測定機１０のプローブ１２ａと第２の測定要素との相対位置関係が取得され、取得された相対位置関係と測定プログラム生成部５２Ｂで生成された測定プログラム４９とに基づき、第２の測定要素の複数の測定点にプローブ１２ａが接触させられるので、正確で効率的な測定を行うことができる。

以上で本発明の例に関して説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の精神を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

１０ ：三次元座標測定機
１２ ：プローブヘッド
１２ａ ：プローブ
１２ｂ ：スタイラス
１２ｃ ：接触子
１４ ：架台
１６ ：定盤
１８Ｌ ：左Ｙキャリッジ
１８Ｒ ：右Ｙキャリッジ
２０ ：Ｘガイド
２２ ：門型フレーム
２４ ：Ｘキャリッジ
２６ ：Ｚキャリッジ
２８ ：駆動部
３２ ：駆動コントローラ
３２ａ ：プローブ操作部
３４ ：コンピュータ
３４ａ ：ソフトウエアプログラム
３６ ：通信インタフェース
４０ ：制御部
５０ ：記憶部
５２Ａ ：駆動制御部
５２Ｂ ：測定プログラム生成部
５２Ｃ ：相対位置関係取得部
５２Ｄ ：形状算出部

Claims (18)

1. 同一の形状を有する複数の測定要素の形状を測定する三次元座標測定機において、
   前記測定要素の測定点の三次元座標を取得するためのプローブと、
   前記プローブを移動させる駆動部と、
   前記プローブの手動の移動操作を受け付ける操作部と、
   前記操作部で受け付けた前記移動操作に応じて、前記駆動部を駆動して、前記複数の測定要素のうちの第１の測定要素の複数の前記測定点に前記プローブを接触させる第１の駆動制御部と、
   前記移動操作に応じて前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき、前記複数の測定要素のうちの残りの第２の測定要素に対応する測定プログラムを生成する測定プログラム生成部と、
   前記プローブと前記第２の測定要素との相対位置関係を取得する相対位置関係取得部と、
   前記測定プログラム生成部が生成した前記測定プログラムと、前記相対位置関係取得部が取得した前記相対位置関係と、に基づき、前記駆動部を駆動して、前記第２の測定要素の複数の前記測定点に前記プローブを接触させる第２の駆動制御部と、
   前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき前記第１の測定要素の形状を演算し、且つ前記プローブが接触した前記第２の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき前記第２の測定要素の形状を演算する形状演算部と、
   を備える三次元座標測定機。
2. 前記操作部で受け付けた前記移動操作又は予め定められた移動パターンに応じて前記駆動部を駆動して、前記プローブを前記第２の測定要素の複数点に接触させる第３の駆動制御部を備え、
   前記相対位置関係取得部が、前記プローブが接触した前記第２の測定要素の前記複数点ごとの前記三次元座標に基づき前記相対位置関係を演算する請求項１に記載の三次元座標測定機。
3. 同一の形状を有する複数の測定要素の形状を測定する三次元座標測定機において、
   前記測定要素の測定点の三次元座標を取得するためのプローブと、
   前記プローブを移動させる駆動部と、
   前記プローブの手動の移動操作を受け付ける操作部と、
   前記操作部で受け付けた前記移動操作に応じて、前記駆動部を駆動して、前記複数の測定要素のうちの第１の測定要素の複数の前記測定点に前記プローブを接触させる第１の駆動制御部と、
   前記移動操作に応じて前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき、前記複数の測定要素のうちの残りの第２の測定要素に対応する測定プログラムを生成する測定プログラム生成部と、
   前記プローブと前記第２の測定要素との相対位置関係を取得する相対位置関係取得部と、
   前記測定プログラム生成部が生成した前記測定プログラムと、前記相対位置関係取得部が取得した前記相対位置関係と、に基づき、前記駆動部を駆動して、前記第２の測定要素の複数の前記測定点に前記プローブを接触させる第２の駆動制御部と、
   前記操作部で受け付けた前記移動操作又は予め定められた移動パターンに応じて前記駆動部を駆動して、前記プローブを前記第２の測定要素の複数点に接触させる第３の駆動制御部と、
   を備え、
   前記相対位置関係取得部が、前記プローブが接触した前記第２の測定要素の前記複数点ごとの前記三次元座標に基づき前記相対位置関係を演算する三次元座標測定機。
4. 前記測定プログラム生成部が、前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき、全ての前記測定点に接触するまでに前記プローブが移動する移動距離が最短となる前記測定点の測定順番を規定した前記測定プログラムを生成する請求項１から３のいずれか１項に記載の三次元座標測定機。
5. 同一の形状を有する複数の測定要素の形状を測定する三次元座標測定機において、
   前記測定要素の測定点の三次元座標を取得するためのプローブと、
   前記プローブを移動させる駆動部と、
   前記プローブの手動の移動操作を受け付ける操作部と、
   前記操作部で受け付けた前記移動操作に応じて、前記駆動部を駆動して、前記複数の測定要素のうちの第１の測定要素の複数の前記測定点に前記プローブを接触させる第１の駆動制御部と、
   前記移動操作に応じて前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき、前記複数の測定要素のうちの残りの第２の測定要素に対応する測定プログラムを生成する測定プログラム生成部と、
   前記プローブと前記第２の測定要素との相対位置関係を取得する相対位置関係取得部と、
   前記測定プログラム生成部が生成した前記測定プログラムと、前記相対位置関係取得部が取得した前記相対位置関係と、に基づき、前記駆動部を駆動して、前記第２の測定要素の複数の前記測定点に前記プローブを接触させる第２の駆動制御部と、
   を備え、
   前記測定プログラム生成部が、前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき、全ての前記測定点に接触するまでに前記プローブが移動する移動距離が最短となる前記測定点の測定順番を規定した前記測定プログラムを生成する三次元座標測定機。
6. 前記測定プログラム生成部が、前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき、前記測定点から予め定めた距離の範囲内で前記測定点に向けて移動する第１の移動時の前記プローブの移動速度である第１の移動速度と、前記第１の移動時とは異なる第２の移動時の前記プローブの移動速度である第２の移動速度と、を規定した前記測定プログラムを生成し、
   前記第２の移動速度が前記第１の移動速度よりも高速である請求項１から５のいずれか１項に記載の三次元座標測定機。
7. 同一の形状を有する複数の測定要素の形状を測定する三次元座標測定機において、
   前記測定要素の測定点の三次元座標を取得するためのプローブと、
   前記プローブを移動させる駆動部と、
   前記プローブの手動の移動操作を受け付ける操作部と、
   前記操作部で受け付けた前記移動操作に応じて、前記駆動部を駆動して、前記複数の測定要素のうちの第１の測定要素の複数の前記測定点に前記プローブを接触させる第１の駆動制御部と、
   前記移動操作に応じて前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき、前記複数の測定要素のうちの残りの第２の測定要素に対応する測定プログラムを生成する測定プログラム生成部と、
   前記プローブと前記第２の測定要素との相対位置関係を取得する相対位置関係取得部と、
   前記測定プログラム生成部が生成した前記測定プログラムと、前記相対位置関係取得部が取得した前記相対位置関係と、に基づき、前記駆動部を駆動して、前記第２の測定要素の複数の前記測定点に前記プローブを接触させる第２の駆動制御部と、
   を備え、
   前記測定プログラム生成部が、前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき、前記測定点から予め定めた距離の範囲内で前記測定点に向けて移動する第１の移動時の前記プローブの移動速度である第１の移動速度と、前記第１の移動時とは異なる第２の移動時の前記プローブの移動速度である第２の移動速度と、を規定した前記測定プログラムを生成し、
   前記第２の移動速度が前記第１の移動速度よりも高速である三次元座標測定機。
8. 前記測定プログラム生成部が、前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき、前記測定点ごとに、前記測定点に至るまでの前記プローブの移動経路を規定した前記測定プログラムを生成し、
   前記測定点ごとの前記移動経路は、少なくとも前記測定点から予め定めた距離の範囲内において、前記測定点を通り且つ前記測定点を含む前記第２の測定要素の被測定面に対して垂直な垂直経路を含む請求項１から７のいずれか１項に記載の三次元座標測定機。
9. 同一の形状を有する複数の測定要素の形状を測定する三次元座標測定機において、
   前記測定要素の測定点の三次元座標を取得するためのプローブと、
   前記プローブを移動させる駆動部と、
   前記プローブの手動の移動操作を受け付ける操作部と、
   前記操作部で受け付けた前記移動操作に応じて、前記駆動部を駆動して、前記複数の測定要素のうちの第１の測定要素の複数の前記測定点に前記プローブを接触させる第１の駆動制御部と、
   前記移動操作に応じて前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき、前記複数の測定要素のうちの残りの第２の測定要素に対応する測定プログラムを生成する測定プログラム生成部と、
   前記プローブと前記第２の測定要素との相対位置関係を取得する相対位置関係取得部と、
   前記測定プログラム生成部が生成した前記測定プログラムと、前記相対位置関係取得部が取得した前記相対位置関係と、に基づき、前記駆動部を駆動して、前記第２の測定要素の複数の前記測定点に前記プローブを接触させる第２の駆動制御部と、
   を備え、
   前記測定プログラム生成部が、前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき、前記測定点ごとに、前記測定点に至るまでの前記プローブの移動経路を規定した前記測定プログラムを生成し、
   前記測定点ごとの前記移動経路は、少なくとも前記測定点から予め定めた距離の範囲内において、前記測定点を通り且つ前記測定点を含む前記第２の測定要素の被測定面に対して垂直な垂直経路を含む三次元座標測定機。
10. 同一の形状を有する複数の測定要素の形状を測定する、前記測定要素の測定点の三次元座標を取得するためのプローブと、前記プローブを移動させる駆動部と、前記プローブの手動の移動操作を受け付ける操作部を有する三次元座標測定機で行われる三次元座標測定方法であって、
    前記操作部で受け付けた前記移動操作に応じて、前記駆動部を駆動して、前記複数の測定要素のうちの第１の測定要素の複数の前記測定点に前記プローブを接触させるステップと、
    前記移動操作に応じて前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき、前記複数の測定要素のうちの残りの第２の測定要素に対応する測定プログラムを生成するステップと、
    前記プローブと前記第２の測定要素との相対位置関係を取得するステップと、
    前記測定プログラムと、前記相対位置関係と、に基づき、前記駆動部を駆動して、前記第２の測定要素の複数の前記測定点に前記プローブを接触させるステップと、
    前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき前記第１の測定要素の形状を演算し、且つ前記プローブが接触した前記第２の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき前記第２の測定要素の形状を演算するステップと、
    を含む三次元座標測定方法。
11. 前記操作部で受け付けた前記移動操作又は予め定められた移動パターンに応じて前記駆動部を駆動して、前記プローブを前記第２の測定要素の複数点に接触させるステップを含み、
    前記相対位置関係を取得するステップが、前記プローブが接触した前記第２の測定要素の前記複数点ごとの前記三次元座標に基づき前記相対位置関係を演算する請求項１０に記載の三次元座標測定方法。
12. 同一の形状を有する複数の測定要素の形状を測定する、前記測定要素の測定点の三次元座標を取得するためのプローブと、前記プローブを移動させる駆動部と、前記プローブの手動の移動操作を受け付ける操作部を有する三次元座標測定機で行われる三次元座標測定方法であって、
    前記操作部で受け付けた前記移動操作に応じて、前記駆動部を駆動して、前記複数の測定要素のうちの第１の測定要素の複数の前記測定点に前記プローブを接触させるステップと、
    前記移動操作に応じて前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき、前記複数の測定要素のうちの残りの第２の測定要素に対応する測定プログラムを生成するステップと、
    前記プローブと前記第２の測定要素との相対位置関係を取得するステップと、
    前記測定プログラムと、前記相対位置関係と、に基づき、前記駆動部を駆動して、前記第２の測定要素の複数の前記測定点に前記プローブを接触させるステップと、
    前記操作部で受け付けた前記移動操作又は予め定められた移動パターンに応じて前記駆動部を駆動して、前記プローブを前記第２の測定要素の複数点に接触させるステップと、
    を含み、
    前記相対位置関係を取得するステップが、前記プローブが接触した前記第２の測定要素の前記複数点ごとの前記三次元座標に基づき前記相対位置関係を演算する三次元座標測定方法。
13. 前記測定プログラムを生成するステップが、前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき、全ての前記測定点に接触するまでに前記プローブが移動する移動距離が最短となる前記測定点の測定順番を規定した前記測定プログラムを生成する請求項１０から１２のいずれか１項に記載の三次元座標測定方法。
14. 同一の形状を有する複数の測定要素の形状を測定する、前記測定要素の測定点の三次元座標を取得するためのプローブと、前記プローブを移動させる駆動部と、前記プローブの手動の移動操作を受け付ける操作部を有する三次元座標測定機で行われる三次元座標測定方法であって、
    前記操作部で受け付けた前記移動操作に応じて、前記駆動部を駆動して、前記複数の測定要素のうちの第１の測定要素の複数の前記測定点に前記プローブを接触させるステップと、
    前記移動操作に応じて前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき、前記複数の測定要素のうちの残りの第２の測定要素に対応する測定プログラムを生成するステップと、
    前記プローブと前記第２の測定要素との相対位置関係を取得するステップと、
    前記測定プログラムと、前記相対位置関係と、に基づき、前記駆動部を駆動して、前記第２の測定要素の複数の前記測定点に前記プローブを接触させるステップと、
    を含み、
    前記測定プログラムを生成するステップが、前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき、全ての前記測定点に接触するまでに前記プローブが移動する移動距離が最短となる前記測定点の測定順番を規定した前記測定プログラムを生成する三次元座標測定方法。
15. 前記測定プログラムを生成するステップが、前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき、前記測定点から予め定めた距離の範囲内で前記測定点に向けて移動する第１の移動時の前記プローブの移動速度である第１の移動速度と、前記第１の移動時とは異なる第２の移動時の前記プローブの移動速度である第２の移動速度と、を規定した前記測定プログラムを生成し、
    前記第２の移動速度が前記第１の移動速度よりも高速である請求項１０から１４のいずれか１項に記載の三次元座標測定方法。
16. 同一の形状を有する複数の測定要素の形状を測定する、前記測定要素の測定点の三次元座標を取得するためのプローブと、前記プローブを移動させる駆動部と、前記プローブの手動の移動操作を受け付ける操作部を有する三次元座標測定機で行われる三次元座標測定方法であって、
    前記操作部で受け付けた前記移動操作に応じて、前記駆動部を駆動して、前記複数の測定要素のうちの第１の測定要素の複数の前記測定点に前記プローブを接触させるステップと、
    前記移動操作に応じて前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき、前記複数の測定要素のうちの残りの第２の測定要素に対応する測定プログラムを生成するステップと、
    前記プローブと前記第２の測定要素との相対位置関係を取得するステップと、
    前記測定プログラムと、前記相対位置関係と、に基づき、前記駆動部を駆動して、前記第２の測定要素の複数の前記測定点に前記プローブを接触させるステップと、
    を含み、
    前記測定プログラムを生成するステップが、前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき、前記測定点から予め定めた距離の範囲内で前記測定点に向けて移動する第１の移動時の前記プローブの移動速度である第１の移動速度と、前記第１の移動時とは異なる第２の移動時の前記プローブの移動速度である第２の移動速度と、を規定した前記測定プログラムを生成し、
    前記第２の移動速度が前記第１の移動速度よりも高速である三次元座標測定方法。
17. 前記測定プログラムを生成するステップが、前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき、前記測定点ごとに、前記測定点に至るまでの前記プローブの移動経路を規定した前記測定プログラムを生成し、
    前記測定点ごとの前記移動経路は、少なくとも前記測定点から予め定めた距離の範囲内において、前記測定点を通り且つ前記測定点を含む前記第２の測定要素の被測定面に対して垂直な垂直経路を含む請求項１０から１６のいずれか１項に記載の三次元座標測定方法。
18. 同一の形状を有する複数の測定要素の形状を測定する、前記測定要素の測定点の三次元座標を取得するためのプローブと、前記プローブを移動させる駆動部と、前記プローブの手動の移動操作を受け付ける操作部を有する三次元座標測定機で行われる三次元座標測定方法であって、
    前記操作部で受け付けた前記移動操作に応じて、前記駆動部を駆動して、前記複数の測定要素のうちの第１の測定要素の複数の前記測定点に前記プローブを接触させるステップと、
    前記移動操作に応じて前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき、前記複数の測定要素のうちの残りの第２の測定要素に対応する測定プログラムを生成するステップと、
    前記プローブと前記第２の測定要素との相対位置関係を取得するステップと、
    前記測定プログラムと、前記相対位置関係と、に基づき、前記駆動部を駆動して、前記第２の測定要素の複数の前記測定点に前記プローブを接触させるステップと、
    を含み、
    前記測定プログラムを生成するステップが、前記プローブが接触した前記第１の測定要素の前記測定点ごとの前記三次元座標に基づき、前記測定点ごとに、前記測定点に至るまでの前記プローブの移動経路を規定した前記測定プログラムを生成し、
    前記測定点ごとの前記移動経路は、少なくとも前記測定点から予め定めた距離の範囲内において、前記測定点を通り且つ前記測定点を含む前記第２の測定要素の被測定面に対して垂直な垂直経路を含む三次元座標測定方法。

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