JP7448437B2 - 形状測定装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、形状測定装置の制御方法に関する。より具体的には、回転テーブル座標系の設定登録方法に関する。

回転テーブル機構を備えた三次元測定システムが知られている（例えば、特許文献１、２、３参照）。回転テーブル機構を備えた三次元測定システムを使用してワークの形状測定を行なうにあたっては、測定の前の事前準備として、回転テーブル座標系の登録を行なう必要がある。
三次元測定機の電源をオンオフすると、三次元測定機自体のエンコーダの原点がリセットされ、オンオフの度に三次元測定機の原点が変動することが有り得る。この変動分が回転テーブル機構を用いた測定値の誤差に影響しないように、その都度回転テーブル座標系の設定をする必要がある。回転テーブル座標系の登録にあたって、回転テーブルの回転中心を求める方法については例えば特許文献２、３に紹介されている。

特公平７－１０４１４６ 特許５３３２００９ 特許６１５３８１６

測定前の事前準備として毎回、回転テーブルの回転中心を求めなければならない。そのため、マスターボールやゲージを回転テーブルにセットして、回転テーブルが回転するときのマスターボールやゲージの軌跡を測定する必要がある。この作業には多大な時間と手間がかかるのであるが、回転テーブル座標系を正しく設定することは正確な測定値を得るのに必須であるから避けられない事前準備である。
しかしながら、回転テーブル座標系の登録をしばしば行なわなければならないとすると、測定効率が向上しないという問題がある。回転テーブル座標系を効率良く設定登録する方法が切望されている。

本発明の目的は、回転テーブル座標系を効率よく再設定登録できる形状測定装置の制御方法を提供することにある。

本発明の形状測定装置の制御方法は、
基台部と、
互いに直交する３つの並進軸を有する移動機構と、
前記移動機構に支持され、先端に測定子を有するプローブと、
測定対象物を載置する回転テーブルを回転軸回りに回転駆動させる回転テーブル機構と、
前記基台部に対して固定的に設置された主基準点ＰＭと、を有し、前記プローブで前記測定対象物の形状を測定する形状測定装置の制御方法であって、
前記回転テーブルの中心点を原点ＯＴとする回転テーブル座標系の設定登録方法は、
原点相対値登録工程と、
回転テーブル原点再登録工程と、を有し、
前記原点相対値登録工程は、
前記プローブで前記主基準点を測定して、前記主基準点の座標値を取得し、取得した前記主基準点の座標値を校正用基準点座標値Ｐｐ（Ｐｐｘ、Ｐｐｙ、Ｐｐｚ）として登録する工程と、
前記回転テーブルの回転中心点を求めて、校正用回転中心座標値Ｒｐ（Ｒｐｘ、Ｒｐｙ、Ｒｐｚ）として登録する工程と、
前記校正用基準点座標値Ｐｐ（Ｐｐｘ、Ｐｐｙ、Ｐｐｚ）から前記校正用回転中心座標値Ｒｐ（Ｒｐｘ、Ｒｐｙ、Ｒｐｚ）をみた相対座標値を算出して回転テーブル原点相対座標値ΔＤ１として登録する工程と、を有し、
前記回転テーブル原点再登録工程は、
回転テーブルの座標系の再設定登録にあたって、前記プローブで前記主基準点を測定して、前記主基準点の座標値を取得し、現在基準点座標値Ｐｃ（Ｐｃｘ、Ｐｃｙ、Ｐｃｚ）として登録する工程と、
前記現在基準点座標値Ｐｃ（Ｐｃｘ、Ｐｃｙ、Ｐｃｚ）に回転テーブル原点相対座標値ΔＤ１を加算して、回転テーブル原点現在座標値Ｒｃ（Ｒｃｘ、Ｒｃｙ、Ｒｃｚ）を算出する工程と、を備える
ことを特徴とする。

本発明の形状測定装置の制御方法は、
基台部と、
互いに直交する３つの並進軸を有する移動機構と、
前記移動機構に支持され、先端に測定子を有するプローブと、
測定対象物を載置する回転テーブルを回転軸回りに回転駆動させる回転テーブル機構と、
前記基台部に対して固定的に設置された主基準点ＰＰと、
前記回転テーブル機構のうちの回転しない箇所に固定的に設置されたサブ基準点ＰＳと、を有し、前記プローブで前記測定対象物の形状を測定する形状測定装置の制御方法であって、
前記回転テーブルの中心点を原点ＯＴとする回転テーブル座標系の設定登録方法は、
原点相対値登録工程と、
回転テーブル原点再登録工程と、を有し、
前記原点相対値登録工程は、
前記プローブで前記サブ基準点ＰＳを測定して、前記サブ基準点ＰＳの座標値を取得し、取得した前記サブ基準点ＰＳの座標値を校正用サブ基準点座標値ＰＳ（Ｐｓｘ、Ｐｓｙ、Ｐｓｚ）として登録する工程と、
前記回転テーブルの回転中心点を求めて、校正用回転中心座標値Ｒｐ（Ｒｐｘ、Ｒｐｙ、Ｒｐｚ）として登録する工程と、
校正用サブ基準点座標値ＰＳ（Ｐｓｘ、Ｐｓｙ、Ｐｓｚ）と前記校正用回転中心座標値Ｒｐ（Ｒｐｘ、Ｒｐｙ、Ｒｐｚ）との相対座標値を算出して回転テーブル原点相対座標値ΔＤ２として登録する工程と、を有し、
回転テーブル原点再登録工程は、
回転テーブルの座標系の再設定登録にあたって、前記プローブで前記主基準点を測定して、前記主基準点の座標値を取得し、現在基準点座標値ＰＰｃ（ＰＰｃｘ、ＰＰｃｙ、ＰＰｃｚ）として登録する工程と、
前記プローブで前記サブ基準点を測定して、前記サブ基準点の座標値を取得し、現在サブ基準点座標値ＰＳｃ（ＰＳｃｘ、ＰＳｃｙ、ＰＳｃｚ）として登録する工程と、
現在サブ基準点座標値ＰＳｃ（ＰＳｃｘ、ＰＳｃｙ、ＰＳｃｚ）に前記回転テーブル原点相対座標値ΔＤ２を加算して、回転テーブル原点現在座標値Ｒｃ（Ｒｃｘ、Ｒｃｙ、Ｒｃｚ）を算出する工程と、を備える
ことを特徴とする。

本発明の一実施形態では、
前記校正用サブ基準点座標値ＰＳ（Ｐｓｘ、Ｐｓｙ、Ｐｓｚ）と前記現在サブ基準点座標値ＰＳｃ（ＰＳｃｘ、ＰＳｃｙ、ＰＳｃｚ）とを対比し、差分が予め設定された許容値以上であった場合には、オペレータに通知するか、または、前記原点相対値登録工程を行なう
ことが好ましい。

本発明の形状測定装置の制御プログラムは、
基台部と、
互いに直交する３つの並進軸を有する移動機構と、
前記移動機構に支持され、先端に測定子を有するプローブと、
測定対象物を載置する回転テーブルを回転軸回りに回転駆動させる回転テーブル機構と、
前記基台部に対して固定的に設置された主基準点ＰＭと、を有し、前記プローブで前記測定対象物の形状を測定する形状測定装置に組み込まれたコンピュータを、前記回転テーブルの中心点を原点ＯＴとする回転テーブル座標系の設定登録手段として機能させる形状測定装置の制御プログラムであって、
前記形状測定装置の制御プログラムは前記コンピュータに、
原点相対値登録工程と、
回転テーブル原点再登録工程と、を実行させ、
前記原点相対値登録工程は、
前記プローブで前記主基準点を測定して、前記主基準点の座標値を取得し、取得した前記主基準点の座標値を校正用基準点座標値Ｐｐ（Ｐｐｘ、Ｐｐｙ、Ｐｐｚ）として登録する工程と、
前記回転テーブルの回転中心点を求めて、校正用回転中心座標値Ｒｐ（Ｒｐｘ、Ｒｐｙ、Ｒｐｚ）として登録する工程と、
前記校正用基準点座標値Ｐｐ（Ｐｐｘ、Ｐｐｙ、Ｐｐｚ）から前記校正用回転中心座標値Ｒｐ（Ｒｐｘ、Ｒｐｙ、Ｒｐｚ）をみた相対座標値を算出して回転テーブル原点相対座標値ΔＤ１として登録する工程と、を有し、
回転テーブル原点再登録工程は、
回転テーブルの座標系の再設定登録にあたって、前記プローブで前記主基準点を測定して、前記主基準点の座標値を取得し、現在基準点座標値Ｐｃ（Ｐｃｘ、Ｐｃｙ、Ｐｃｚ）として登録する工程と、
前記現在基準点座標値Ｐｃ（Ｐｃｘ、Ｐｃｙ、Ｐｃｚ）に回転テーブル原点相対座標値ΔＤ１を加算して、回転テーブル原点現在座標値Ｒｃ（Ｒｃｘ、Ｒｃｙ、Ｒｃｚ）を算出する工程と、を備える
ことを特徴とする。

本発明の形状測定装置の制御プログラムは、
基台部と、
互いに直交する３つの並進軸を有する移動機構と、
前記移動機構に支持され、先端に測定子を有するプローブと、
測定対象物を載置する回転テーブルを回転軸回りに回転駆動させる回転テーブル機構と、
前記基台部に対して固定的に設置された主基準点ＰＰと、
前記回転テーブル機構のうちの回転しない箇所に固定的に設置されたサブ基準点ＰＳと、を有し、前記プローブで前記測定対象物の形状を測定する形状測定装置に組み込まれたコンピュータを、前記回転テーブルの中心点を原点ＯＴとする回転テーブル座標系の設定登録手段として機能させる形状測定装置の制御プログラムであって、
前記形状測定装置の制御プログラムは前記コンピュータに、
原点相対値登録工程と、
回転テーブル原点再登録工程と、を実行させ、
前記原点相対値登録工程は、
前記プローブで前記サブ基準点ＰＳを測定して、前記サブ基準点ＰＳの座標値を取得し、取得した前記サブ基準点ＰＳの座標値を校正用サブ基準点座標値ＰＳ（Ｐｓｘ、Ｐｓｙ、Ｐｓｚ）として登録する工程と、
前記回転テーブルの回転中心点を求めて、校正用回転中心座標値Ｒｐ（Ｒｐｘ、Ｒｐｙ、Ｒｐｚ）として登録する工程と、
校正用サブ基準点座標値ＰＳ（Ｐｓｘ、Ｐｓｙ、Ｐｓｚ）から前記校正用回転中心座標値Ｒｐ（Ｒｐｘ、Ｒｐｙ、Ｒｐｚ）をみた相対座標値を算出して回転テーブル原点相対座標値ΔＤ２として登録する工程と、を有し、
回転テーブル原点再登録工程は、
回転テーブルの座標系の再設定登録にあたって、前記プローブで前記主基準点を測定して、前記主基準点の座標値を取得し、現在基準点座標値ＰＰｃ（ＰＰｃｘ、ＰＰｃｙ、ＰＰｃｚ）として登録する工程と、
前記プローブで前記サブ基準点を測定して、前記サブ基準点の座標値を取得し、現在サブ基準点座標値ＰＳｃ（ＰＳｃｘ、ＰＳｃｙ、ＰＳｃｚ）として登録する工程と、
現在サブ基準点座標値ＰＳｃ（ＰＳｃｘ、ＰＳｃｙ、ＰＳｃｚ）に前記回転テーブル原点相対座標値ΔＤ２を加算して、回転テーブル原点現在座標値Ｒｃ（Ｒｃｘ、Ｒｃｙ、Ｒｃｚ）を算出する工程と、を備える
ことを特徴とする。

形状測定システムの全体構成を示す図である。 座標系同士の関係を例示した図である。 モーションコントローラとホストコンピュータの機能ブロック図である。 回転テーブル座標系設定部の機能ブロック図である。 原点相対値登録工程の手順を示すフローチャートである。 主マスターボールの中心座標（校正用基準点座標値Ｐｐ）、回転テーブルの回転中心（校正用回転中心座標値Ｒｐ）および回転テーブル原点相対座標値ΔＤ１の関係を例示した図である。 回転テーブル座標系の簡易設定の手順を示すフローチャートである。 座標系の設定メニューを例示する図である。 登録されていた校正用基準点座標値Ｐｐと測定し直した現在基準点座標値Ｐｃとの間に差が生じている状態を例示した図である。 第２実施形態を説明するための図である。

本発明の実施形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、形状測定システム１００の全体構成を示す図である。
形状測定システム１００は、三次元測定機２００と、三次元測定機２００の駆動を制御するモーションコントローラ３００と、モーションコントローラ３００を制御すると共に必要なデータ処理を実行するホストコンピュータ５００と、を備える。

三次元測定機２００は、定盤２１０と、移動機構２２０と、プローブ２３０と、回転テーブル機構２５０と、を備える。

移動機構２２０は、定盤２１０上をＹ方向にスライド可能に設けられた門型のＹスライダ２２１と、Ｙスライダ２２１のＸ方向のビームに沿ってスライドするＸスライダ２２２と、Ｘスライダ２２２に固定されたＺ軸コラム２２３と、Ｚ軸コラム２２３内をＺ方向に昇降するＺスピンドル２２４と、を備える。

Ｙスライダ２２１、Ｘスライダ２２２およびＺスピンドル２２４には、それぞれ駆動モータ（不図示）とエンコーダ（不図示）とが付設されている。モーションコントローラ３００からの駆動制御信号によって各駆動モータが駆動制御される。エンコーダは、Ｙスライダ２２１、Ｘスライダ２２２およびＺスピンドル２２４それぞれの移動量を検出し、検出値をモーションコントローラ３００に出力する。

ここで、三次元測定機２００に対してスケール座標系（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）が設定されている。
図２は、座標系同士の関係を例示した図である。
スケール座標系は、互に直交するＸｓ軸、Ｙｓ軸、及びＺｓ軸を含む。Ｚｓ軸は鉛直上向きである。スケール座標系の原点Ｏｓは、Ｘｓ軸に沿って設けられたエンコーダのスケールの原点、Ｙｓ軸に沿って設けられたエンコーダのスケールの原点、および、Ｚｓ軸に沿って設けられたエンコーダのスケールの原点、によって定まる。

Ｚスピンドル２２４の下端にプローブ２３０が取り付けられている。
プローブ２３０は、測定子２３２を先端側（－Ｚ軸方向側）に有するスタイラス２３１と、スタイラス２３１の基端側（＋Ｚ軸方向側）を支持する支持部２３３と、を備える。測定子２３２は、球状であって、測定対象物に接触する。支持部２３３は、スタイラス２３１に外力が加わった場合、すなわち測定子２３２が測定対象物に当接した場合にはスタイラス２３１が一定の範囲内でＸ、Ｙ、Ｚ軸の各軸方向に移動可能となるようにスタイラス２３１を支持している。さらに、支持部２３３は、スタイラス２３１の各軸方向の位置をそれぞれ検出するためのプローブセンサー（不図示）を備える。プローブセンサは検出値をモーションコントローラ３００に出力する。

回転テーブル機構２５０は定盤上に設置されており、内蔵のモータ（不図示）で回転テーブル２５１を回転させる。なお、ここでは、回転テーブル２５１の回転軸はＺｓ軸にほぼ平行である。回転テーブル機構２５０にはロータリーエンコーダ（不図示）が内蔵されており、検出値をモーションコントローラ３００に出力する。

ここで、定盤２１０上の所定位置には、主基準点としての主マスターボールが設置されている。
主マスターボールは、マシン座標系（ＸＭ、ＹＭ、ＺＭ）を設定するために用いられるものである。主マスターボールは、鋼球やセラミック球等である。主マスターボールの径（半径）は、既知である。つまり、プローブにて主マスターボールの表面の数点の座標を測定することにより、主マスターボールの中心位置を一意に特定することができる。主マスターボールは、定盤の上面からＺ軸方向に既知の高さをもつ柱部の先端に保持されている。主マスターボールの中心位置が原点ＯＭとなるようにスケール座標系（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）を平行移動させたものがマシン座標系（ＸＭ、ＹＭ、ＺＭ）である。

そして、回転テーブル機構２５０に対して回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）と回転時テーブル座標系（ＸＴθ、ＹＴθ、ＺＴθ）とが設定される。
回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）は、回転テーブルの回転角が０°のときの回転テーブルの上面の中心を原点ＯＴとし、回転テーブルの中心軸方向をＺＴとする座標系である。回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）は、回転テーブルが回転しても不変である。必ずしも必須ではないが、ＸＴはＸｓと平行であり、ＹＴはＹｓと平行であるとする。（回転テーブル座標系（ＸＴ、ＹＴ、ＺＴ）を回転テーブル固定座標系ということもある。）

また、回転時テーブル座標系（ＸＴθ、ＹＴθ、ＺＴθ）は、回転テーブルの回転とともに回転する座標系である。
回転時テーブル座標系の原点ＯＴθは回転テーブル座標系の原点ＯＴと一致する。回転時テーブル座標系のＺＴθは回転テーブル座標系のＺＴと一致する。（回転時テーブル座標系を回転テーブル回転座標系ということもある。）

さらに、ワーク座標系（Ｘｗ、Ｙｗ、Ｚｗ）も用いられる。ワーク座標系（Ｘｗ、Ｙｗ、Ｚｗ）は、例えば、ワーク表面の所定の点（例えば頂点）を原点とし、ワークの所定の面をＸｗＹｗ面とする座標系である。

（モーションコントローラ３００の構成）
図３は、モーションコントローラとホストコンピュータの機能ブロック図である。
モーションコントローラ３００は、測定指令取得部３１０と、カウンタ部３３０と、駆動指令生成部３４０と、駆動制御部３５０と、を備える。

測定指令取得部３１０は、ホストコンピュータ５００から測定指令データを取得する。

カウンタ部３３０は、エンコーダから出力される検出信号をカウントして各スライダの変位量を計測するとともに、プローブセンサから出力される検出信号をカウントしてプローブ２３０（スタイラス２３１）の変位量を計測する。計測されたスライダおよびプローブ２３０の変位から測定子２３２の座標位置（プローブ位置）が得られる。また、カウンタ部３３０にて計測されたスタイラス２３１の変位（プローブセンサの検出値（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ））から、測定子２３２の押込み量（ベクトルＥｐの絶対値）が得られる。同じく、カウンタ部３３０は、ロータリーエンコーダから検出される検出信号をカウントとして、回転テーブル機構２５０の回転角を得る。駆動指令生成部３４０は、ホストコンピュータ５００から測定指令データをもとに、移動機構２２０と回転テーブル機構２５０に与える回転駆動指令を生成する。移動機構２２０を駆動制御する速度ベクトル指令については例えば特許５２７４７８２、特許６０３０３３９、特許６０６３１６１などに記載されている。

（ホストコンピュータ５００の構成）
ホストコンピュータ５００は、ＣＰＵ５１１（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３００を介して三次元測定機２００を制御する。
ＣＰＵ５１１（中央処理装置）で制御プログラムを実行することにより本実施形態の動作（座標系の設定）が実現される。
ホストコンピュータ５００には、必要に応じて、出力装置（ディスプレイやプリンタ）および入力装置（キーボードやマウス）が接続されている。

ホストコンピュータ５００は、さらに、記憶部５２０と、形状解析部５３０と、座標系設定部５４０と、を備える。記憶部５２０は、測定対象物（ワーク）Ｗの形状に関する設計データ（ＣＡＤデータや、ＮＵＲＢＳデータ等）、測定で得られた測定データ、および、測定動作全体を制御する制御プログラムを格納する。

形状解析部５３０は、モーションコントローラ３００から出力された測定データに基づいて測定対象物の表面形状データを算出し、算出した測定対象物の表面形状データの誤差や歪み等を求める形状解析を行う。また、形状解析部５３０は、倣い経路情報を含んだ設計データ（ＣＡＤデータや、ＮＵＲＢＳデータ等）からＰＣＣ曲線への変換等を行って測定指令データの生成を行う。

座標系設定部５４０は、上記に説明した各座標系を設定する。
本実施形態は、主として、回転テーブル座標系の設定に特徴を有するものであるので、座標系設定部５４０の一機能部である回転テーブル座標系設定部５５０について説明する。
図４は、回転テーブル座標系設定部５５０の機能ブロック図である。
回転テーブル座標系設定部５５０は、原点相対値登録部５６０と、回転テーブル原点再登録部５７０と、回転テーブル座標系登録部５８０と、を備える。
原点相対値登録部５６０は、校正用基準点座標値登録部５６１と、校正用回転中心座標値登録部５６２と、回転テーブル原点相対座標値登録部５６３と、を有する。
また、回転テーブル原点再登録部５７０は、現在基準点座標値登録部５７１と、回転テーブル原点現在座標値算出部５７２と、を有する。
各機能部の具体的な動作についてはフローチャートを参照しながら説明する。
なお、座標系の設定登録に必要な各工程の動作および各機能部の機能は、記憶部５２０に記憶された制御プログラムをＣＰＵ５１１が実行することにより実現される。

本実施形態の特徴の一つは、回転テーブル座標系の簡易設定モードを提供することにあるが、その前に事前準備として原点相対値登録部５６０の各登録部５６１，５６２，５６３に必要なデータを登録しておく必要がある（原点相対値登録工程）。したがって、まず、原点相対値登録工程を説明する。
図５は、原点相対値登録工程の手順を示すフローチャートである。
回転テーブル座標系設定部５５０は、原点相対値登録部５６０の各登録部にデータが登録されていない場合、あるいは、オペレータの指示に応じて、原点相対値登録工程ＳＴ１００を実行する。
回転テーブル座標系設定部５５０は、原点相対値登録工程ＳＴ１００にあたって、まず、移動機構２２０でプローブ２３０を移動させて、主マスターボール２１１の中心を求めるために主マスターボール２１１の表面の決められた複数点を測定する（ＳＴ１１０）。
求められた主マスターボール２１１の中心座標値は、マシン座標系の原点にもなる。ここでは、主マスターボール２１１の中心座標値を、回転テーブル座標系設定部５５０の校正用基準点Ｐｐ（Ｐｐｘ、Ｐｐｙ、Ｐｐｚ）として、校正用基準点座標値登録部５６１に記録する。

続いて、回転テーブル２５１の回転中心を求める（ＳＴ１３０）。
回転テーブル２５１の回転中心を求めて回転テーブル座標系の原点を校正する方法自体は既存の技術である。例えば、回転テーブル２５１にマスターボールやゲージをセットし、回転テーブル２５１が回転したときのマスターボールやゲージの軌跡から回転テーブル２５１の回転中心あるいは回転軸を算出する技術自体は知られている。例えば、本出願人による特許５３３２００９、特許６１５３８１６にも開示されている。求められた回転テーブル２５１の回転中心座標値は、校正用回転中心座標値Ｒｐ（Ｒｐｘ、Ｒｐｙ、Ｒｐｚ）として、校正用回転中心座標値登録部５６２に記録する（ＳＴ１４０）。

ここまでで、主マスターボール２１１の中心座標によってマシン座標系が校正され、さらに、校正されたマシン座標系上で回転テーブル２５１の回転中心が求められたことにより、校正された回転テーブル座標系が得られていることになる（ＳＴ１５０）。

次に、回転テーブル原点相対座標値ΔＤ１を算出する（ＳＴ１６０）。
回転テーブル原点相対座標値ΔＤ１は、校正用基準点座標値Ｐｐ（Ｐｐｘ、Ｐｐｙ、Ｐｐｚ）を基点として、校正用基準点座標値Ｐｐ（Ｐｐｘ、Ｐｐｙ、Ｐｐｚ）から校正用回転中心座標値Ｒｐ（Ｒｐｘ、Ｒｐｙ、Ｒｐｚ）をみた相対座標値である。
図６は、主マスターボール２１１の中心座標（校正用基準点座標値Ｐｐ）、回転テーブル２５１の回転中心（校正用回転中心座標値Ｒｐ）および回転テーブル原点相対座標値ΔＤ１の関係を例示した図である。
ΔＤ１＝（Ｒｐｘ、Ｒｐｙ、Ｒｐｚ）－（Ｐｐｘ、Ｐｐｙ、Ｐｐｚ）＝（Ｒｐｘ－Ｐｐｘ、Ｒｐｙ－Ｐｐｙ、Ｒｐｚ－Ｐｐｚ）

このようにして求まった回転テーブル原点相対座標値ΔＤ１を回転テーブル原点相対座標値登録部５６３に登録する（ＳＴ１７０）。これにより、主マスターボール２１１の中心座標と回転テーブル２５１の回転中心との相対位置が記録されたことになる。これで事前準備としての原点相対値登録工程（ＳＴ１００）は終了である。

オペレータは、三次元測定機２００の電源をオンにしたときや、適宜のタイミングで原点相対値登録工程（ＳＴ１００）を実行させる。原点相対値登録工程（ＳＴ１００）を実行する適宜のタイミングは、時間間隔、所定日時、測定したワークの個数などを考慮して予め決めておくとよい。

次に、回転テーブル座標系の簡易設定について説明する。
三次元測定機２００の電源をオンにしたときや、適宜のタイミングでオペレータは座標系を校正しなければならない。このときマシン座標系の原点の校正作業として主マスターボール２１１の中心の測定は必要である。電源のオンオフや長時間の測定作業の継続によりスケール座標系の原点がわずかにずれることがあり、この場合、マシン座標系の校正作業として主マスターボール２１１の中心座標を再測定し、マシン座標系の原点ＯＭを校正しておく必要がある。ただし、マスターボールやゲージを用いて回転テーブル２５１の中心を求めるような回転テーブル座標系の校正作業は多大な時間と手間を要する。そこで、回転テーブル座標系の簡易設定モードを提供する。

図７は、回転テーブル座標系の簡易設定の手順を示すフローチャートである。
三次元測定機２００の電源がオンになったとき、あるいは、オペレータによるメニュー呼び出しにより、ホストコンピュータ（ＣＰＵ）は座標系の設定メニューを提示する（ＳＴ２１０）。
図８は、座標系の設定メニュー６００の例示であり、ここでは、座標系の校正６１０と、座標系の簡易校正６２０と、の二つのモードが提示されている。ここでは、座標系の簡易校正モード６２０が選択されたとする（ＳＴ２２０：ＹＥＳ）。

この場合、回転テーブル座標系設定部５５０により、まず、主マスターボール２１１の中心座標の測定が実行される（ＳＴ２３０）。つまり、移動機構２２０でプローブ２３０を移動させて、主マスターボール２１１の中心を求めるために主マスターボール２１１の表面の決められた複数点を測定する。これにより、マシン座標系は、主マスターボール２１１の中心座標によって校正されたことになる。
このとき得られた主マスターボール２１１の中心座標値は、現在基準点座標値Ｐｃとして現在基準点座標値登録部５７１に登録される（ＳＴ２４０）。
この現在基準点座標値Ｐｃは、主マスターボール２１１の中心座標のことであるが、スケール座標系の原点が変動している場合には、その分だけ校正用基準点座標値登録部５６１に登録済みの校正用基準点Ｐｐからズレをもっていることになる。図９は、登録されていた校正用基準点座標値Ｐｐと測定し直した現在基準点座標値Ｐｃとの間に差が生じている状態を例示した図である。

次に、回転テーブル座標系設定部５５０は、回転テーブル原点相対座標値登録部５６３に登録されている回転テーブル原点相対座標値ΔＤ１を読み出す（ＳＴ２５０）。
さらに、回転テーブル座標系設定部５５０は、現在基準点座標値Ｐｃに回転テーブル原点相対座標値ΔＤ１を加算することにより、回転テーブル２５１の現在の回転中心の座標値を得る（ＳＴ２６０）。このようにして得た現在の回転テーブル２５１の回転中心の座標値Ｒｃを回転テーブル座標系の原点として設定登録する（ＳＴ２７０）。

なお、ＳＴ２２０において、オペレータが通常の座標系の校正を選択した場合（ＳＴ２２０：ＮＯ）には、マスターボールやゲージを用いて回転テーブル２５１の回転中心を求めて回転テーブル座標系を真正に校正することになる。この際には、図５の原点相対値登録工程ＳＴ１００において、校正用基準点座標値Ｐｐ、校正用回転中心座標値Ｒｐ、回転テーブル原点相対座標値ΔＤ１を更新しておく。

本実施形態によれば次の効果を奏する。
従来、回転テーブル座標系の校正にあたっては、回転テーブル２５１の回転中心を測定によって求める必要があり、そのため、回転テーブル２５１を回転させながらマスターボールやゲージの軌跡を測定するという作業が必要となっていた。
この点、本実施形態では、定盤２１０上に固定された主マスターボール２１１の中心座標を基点して回転テーブル２５１の回転中心の相対座標値ΔＤ１を登録しておく。そして、簡易校正のモードでは、現在基準点としての主マスターボール２１１の中心座標（現在基準点座標値Ｐｃ）に前記相対座標値ΔＤ１を加算することによって現在の回転テーブル２５１の回転中心の座標値Ｒｃを得る。
このように、回転テーブル２５１の回転中心を実際に測定して得るのではなく、現在基準点座標値Ｐｃに相対座標値ΔＤ１を加算するという演算だけで求めるので、迅速かつ簡便に回転テーブル座標系を校正できる。
また、回転テーブル座標系の校正が必要になる主な理由がスケール座標系の原点にそのときどきで揺らぎがあることであると考えれば、回転テーブル２５１の回転中心座標値の変動量は、主マスターボール２１１の中心座標値の変動量と同じであるはずであり、これは実験的にも妥当である。したがって、迅速かつ簡便な校正方法でありながら、回転テーブル２５１の回転中心を実測した場合の校正と比べても同等の精度で校正された回転テーブル座標系を得ることができる。

（第２実施形態）
上記第１実施形態では、定盤２１０上に設置した主マスターボール２１１の中心座標Ｐｐと回転テーブル２５１の回転中心Ｒｐとの相対座標値ΔＤ１を用いて回転テーブル座標系を校正した。
これに対し、第２実施形態としては、主マスターボール２１１に加えて、さらに、回転テーブル機構のうちの回転しない箇所にサブマスターボール（サブ基準点ＰＳ）２５２を設ける。そして、原点相対値登録工程にあたっては、サブマスターボール２５２の中心座標（サブ基準点ＰＳ）を基点として、サブマスターボール２５２の中心座標と回転テーブル２５１の回転中心Ｒｐとの相対座標値ΔＤ２を登録しておく。簡易校正のモードでは、サブマスターボール２５２の中心座標（サブ基準点ＰＳ）は実測し、この現在のサブ基準点ＰＳの現在座標値ＰＳｃに前記相対座標値ΔＤ２を加算することによって現在の回転テーブル２５１の回転中心の座標値Ｒｃを得る。

三次元測定機２００でワークの測定を繰り返し行なっていると、回転テーブル機構２５０の位置が変化することも有り得る。定盤上における回転テーブル機構２５０の位置が変化すると、第１実施形態の相対座標値ΔＤ１だけでは回転テーブル座標系の正しい校正はできないことになる。
この点、第２実施形態では、回転テーブル機構２５０自体にサブマスターボール（サブ基準点ＰＳ）２５２を設けている。回転テーブル機構２５０が変位したとしても、サブマスターボール（サブ基準点ＰＳ）２５２と回転テーブル２５１の回転中心との相対位置は変化しない。したがって、校正されたマシン座標系上でサブマスターボール（サブ基準点ＰＳ）２５２を実測した上で、それに相対座標値ΔＤ２を加算すれば、回転テーブル２５１の回転中心を実測しなくても高精度に校正された回転テーブル座標系を得ることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
上記実施形態において、主マスターボールやサブマスターボールは、マスターボールでなくてもよく、例えば、主基準点ＰＭやサブ基準点は、ブロックゲージの角のようなコーナー部であってもよい。
プローブ先端の接触球の半径を校正するような場合には径が既知の真球、つまり、マスターボールが必要であるが、本実施形態の場合、主基準点ＰＭやサブ基準点は、空間中の一点を与えられればよいので、球である必要はない。

また、上記実施形態では、測定子を接触球とし、測定子が被測定物に接触して対象物を検出するタイプのプローブを例示したが、プローブとしては接触式に限定されず、測定子と対象物とが非接触状態で対象物を検出するタイプのプローブを含む。このような非接触式のプローブとしては、例えば、静電容量や光を用いたものが知られている。

ＳＴ２４０のあと、校正用基準点座標値登録部５６１に登録済みの校正用基準点座標値ＰＰと、新しく測定されて現在基準点座標値登録部５７１に登録された現在基準点座標値Ｐｃとを対比し、両者の差異が予め決められた許容範囲を超えているときには、回転テーブル座標系の簡易設定のモードを停止し、オペレータに許容範囲を超えている旨を報知するようにしてもよい。
同様に、第２実施形態において、登録済みのサブマスターボール２５２の中心座標（サブ基準点ＰＳ）と新たに測定で得られたサブマスターボール２５２の中心座標（サブ基準点ＰＳｃ）とを対比し、両者の差異が予め決められた許容範囲を超えているときには、回転テーブル座標系の簡易設定のモードを停止し、オペレータに許容範囲を超えている旨を報知するようにしてもよい。

１００…形状測定システム、
２００…三次元測定機、
２１０…定盤、２１１…主マスターボール、
２２０…移動機構、
２３０…プローブ、２３１…スタイラス、２３２…測定子、２３３…支持部、
２５０…回転テーブル機構、
２５１…回転テーブル、２５２…サブマスターボール、
３００…モーションコントローラ、
３１０…測定指令取得部、３３０…カウンタ部、３４０…駆動指令生成部、３５０…駆動制御部、
５００…ホストコンピュータ、
５２０…記憶部、５３０…形状解析部、５４０…座標系設定部、
５５０…回転テーブル座標系設定部、
５６０…原点相対値登録部、
５６１…校正用基準点座標値登録部、５６２…校正用回転中心座標値登録部、５６３…回転テーブル原点相対座標値登録部、
５７０…回転テーブル原点再登録部、
５７１…現在基準点座標値登録部、５７２…回転テーブル原点現在座標値算出部、
５８０…回転テーブル座標系登録部。

Claims (5)

1. 基台部と、
   互いに直交する３つの並進軸を有する移動機構と、
   前記移動機構に支持され、先端に測定子を有するプローブと、
   測定対象物を載置する回転テーブルを回転軸回りに回転駆動させる回転テーブル機構と、
   前記基台部に対して固定的に設置された主基準点ＰＭと、を有し、前記プローブで前記測定対象物の形状を測定する形状測定装置の制御方法であって、
   前記回転テーブルの中心点を原点ＯＴとする回転テーブル座標系の設定登録方法は、
   原点相対値登録工程と、
   回転テーブル原点再登録工程と、を有し、
   前記原点相対値登録工程は、
   前記プローブで前記主基準点を測定して、前記主基準点の座標値を取得し、取得した前記主基準点の座標値を校正用基準点座標値Ｐｐ（Ｐｐｘ、Ｐｐｙ、Ｐｐｚ）として登録する工程と、
   前記回転テーブルの回転中心点を求めて、校正用回転中心座標値Ｒｐ（Ｒｐｘ、Ｒｐｙ、Ｒｐｚ）として登録する工程と、
   前記校正用基準点座標値Ｐｐ（Ｐｐｘ、Ｐｐｙ、Ｐｐｚ）から前記校正用回転中心座標値Ｒｐ（Ｒｐｘ、Ｒｐｙ、Ｒｐｚ）をみた相対座標値を算出して回転テーブル原点相対座標値ΔＤ１として登録する工程と、を有し、
   前記回転テーブル原点再登録工程は、
   回転テーブルの座標系の再設定登録にあたって、前記プローブで前記主基準点を測定して、前記主基準点の座標値を取得し、現在基準点座標値Ｐｃ（Ｐｃｘ、Ｐｃｙ、Ｐｃｚ）として登録する工程と、
   前記現在基準点座標値Ｐｃ（Ｐｃｘ、Ｐｃｙ、Ｐｃｚ）に回転テーブル原点相対座標値ΔＤ１を加算して、回転テーブル原点現在座標値Ｒｃ（Ｒｃｘ、Ｒｃｙ、Ｒｃｚ）を算出する工程と、を備える
   ことを特徴とする形状測定装置の制御方法。
2. 基台部と、
   互いに直交する３つの並進軸を有する移動機構と、
   前記移動機構に支持され、先端に測定子を有するプローブと、
   測定対象物を載置する回転テーブルを回転軸回りに回転駆動させる回転テーブル機構と、
   前記基台部に対して固定的に設置された主基準点ＰＰと、
   前記回転テーブル機構のうちの回転しない箇所に固定的に設置されたサブ基準点ＰＳと、を有し、前記プローブで前記測定対象物の形状を測定する形状測定装置の制御方法であって、
   前記回転テーブルの中心点を原点ＯＴとする回転テーブル座標系の設定登録方法は、
   原点相対値登録工程と、
   回転テーブル原点再登録工程と、を有し、
   前記原点相対値登録工程は、
   前記プローブで前記サブ基準点ＰＳを測定して、前記サブ基準点ＰＳの座標値を取得し、取得した前記サブ基準点ＰＳの座標値を校正用サブ基準点座標値ＰＳ（Ｐｓｘ、Ｐｓｙ、Ｐｓｚ）として登録する工程と、
   前記回転テーブルの回転中心点を求めて、校正用回転中心座標値Ｒｐ（Ｒｐｘ、Ｒｐｙ、Ｒｐｚ）として登録する工程と、
   校正用サブ基準点座標値ＰＳ（Ｐｓｘ、Ｐｓｙ、Ｐｓｚ）と前記校正用回転中心座標値Ｒｐ（Ｒｐｘ、Ｒｐｙ、Ｒｐｚ）との相対座標値を算出して回転テーブル原点相対座標値ΔＤ２として登録する工程と、を有し、
   回転テーブル原点再登録工程は、
   回転テーブルの座標系の再設定登録にあたって、前記プローブで前記主基準点を測定して、前記主基準点の座標値を取得し、現在基準点座標値ＰＰｃ（ＰＰｃｘ、ＰＰｃｙ、ＰＰｃｚ）として登録する工程と、
   前記プローブで前記サブ基準点を測定して、前記サブ基準点の座標値を取得し、現在サブ基準点座標値ＰＳｃ（ＰＳｃｘ、ＰＳｃｙ、ＰＳｃｚ）として登録する工程と、
   現在サブ基準点座標値ＰＳｃ（ＰＳｃｘ、ＰＳｃｙ、ＰＳｃｚ）に前記回転テーブル原点相対座標値ΔＤ２を加算して、回転テーブル原点現在座標値Ｒｃ（Ｒｃｘ、Ｒｃｙ、Ｒｃｚ）を算出する工程と、を備える
   ことを特徴とする形状測定装置の制御方法。
3. 請求項２に記載の形状測定装置の制御方法において、
   前記校正用サブ基準点座標値ＰＳ（Ｐｓｘ、Ｐｓｙ、Ｐｓｚ）と前記現在サブ基準点座標値ＰＳｃ（ＰＳｃｘ、ＰＳｃｙ、ＰＳｃｚ）とを対比し、差分が予め設定された許容値以上であった場合には、オペレータに通知するか、または、前記原点相対値登録工程を行なう
   ことを特徴とする形状測定装置の制御方法。
4. 基台部と、
   互いに直交する３つの並進軸を有する移動機構と、
   前記移動機構に支持され、先端に測定子を有するプローブと、
   測定対象物を載置する回転テーブルを回転軸回りに回転駆動させる回転テーブル機構と、
   前記基台部に対して固定的に設置された主基準点ＰＭと、を有し、前記プローブで前記測定対象物の形状を測定する形状測定装置に組み込まれたコンピュータを、前記回転テーブルの中心点を原点ＯＴとする回転テーブル座標系の設定登録手段として機能させる形状測定装置の制御プログラムであって、
   前記形状測定装置の制御プログラムは前記コンピュータに、
   原点相対値登録工程と、
   回転テーブル原点再登録工程と、を実行させ、
   前記原点相対値登録工程は、
   前記プローブで前記主基準点を測定して、前記主基準点の座標値を取得し、取得した前記主基準点の座標値を校正用基準点座標値Ｐｐ（Ｐｐｘ、Ｐｐｙ、Ｐｐｚ）として登録する工程と、
   前記回転テーブルの回転中心点を求めて、校正用回転中心座標値Ｒｐ（Ｒｐｘ、Ｒｐｙ、Ｒｐｚ）として登録する工程と、
   前記校正用基準点座標値Ｐｐ（Ｐｐｘ、Ｐｐｙ、Ｐｐｚ）から前記校正用回転中心座標値Ｒｐ（Ｒｐｘ、Ｒｐｙ、Ｒｐｚ）をみた相対座標値を算出して回転テーブル原点相対座標値ΔＤ１として登録する工程と、を有し、
   回転テーブル原点再登録工程は、
   回転テーブルの座標系の再設定登録にあたって、前記プローブで前記主基準点を測定して、前記主基準点の座標値を取得し、現在基準点座標値Ｐｃ（Ｐｃｘ、Ｐｃｙ、Ｐｃｚ）として登録する工程と、
   前記現在基準点座標値Ｐｃ（Ｐｃｘ、Ｐｃｙ、Ｐｃｚ）に回転テーブル原点相対座標値ΔＤ１を加算して、回転テーブル原点現在座標値Ｒｃ（Ｒｃｘ、Ｒｃｙ、Ｒｃｚ）を算出する工程と、を備える
   ことを特徴とする形状測定装置の制御プログラム。
5. 基台部と、
   互いに直交する３つの並進軸を有する移動機構と、
   前記移動機構に支持され、先端に測定子を有するプローブと、
   測定対象物を載置する回転テーブルを回転軸回りに回転駆動させる回転テーブル機構と、
   前記基台部に対して固定的に設置された主基準点ＰＰと、
   前記回転テーブル機構のうちの回転しない箇所に固定的に設置されたサブ基準点ＰＳと、を有し、前記プローブで前記測定対象物の形状を測定する形状測定装置に組み込まれたコンピュータを、前記回転テーブルの中心点を原点ＯＴとする回転テーブル座標系の設定登録手段として機能させる形状測定装置の制御プログラムであって、
   前記形状測定装置の制御プログラムは前記コンピュータに、
   原点相対値登録工程と、
   回転テーブル原点再登録工程と、を実行させ、
   前記原点相対値登録工程は、
   前記プローブで前記サブ基準点ＰＳを測定して、前記サブ基準点ＰＳの座標値を取得し、取得した前記サブ基準点ＰＳの座標値を校正用サブ基準点座標値ＰＳ（Ｐｓｘ、Ｐｓｙ、Ｐｓｚ）として登録する工程と、
   前記回転テーブルの回転中心点を求めて、校正用回転中心座標値Ｒｐ（Ｒｐｘ、Ｒｐｙ、Ｒｐｚ）として登録する工程と、
   校正用サブ基準点座標値ＰＳ（Ｐｓｘ、Ｐｓｙ、Ｐｓｚ）から前記校正用回転中心座標値Ｒｐ（Ｒｐｘ、Ｒｐｙ、Ｒｐｚ）をみた相対座標値を算出して回転テーブル原点相対座標値ΔＤ２として登録する工程と、を有し、
   回転テーブル原点再登録工程は、
   回転テーブルの座標系の再設定登録にあたって、前記プローブで前記主基準点を測定して、前記主基準点の座標値を取得し、現在基準点座標値ＰＰｃ（ＰＰｃｘ、ＰＰｃｙ、ＰＰｃｚ）として登録する工程と、
   前記プローブで前記サブ基準点を測定して、前記サブ基準点の座標値を取得し、現在サブ基準点座標値ＰＳｃ（ＰＳｃｘ、ＰＳｃｙ、ＰＳｃｚ）として登録する工程と、
   現在サブ基準点座標値ＰＳｃ（ＰＳｃｘ、ＰＳｃｙ、ＰＳｃｚ）に前記回転テーブル原点相対座標値ΔＤ２を加算して、回転テーブル原点現在座標値Ｒｃ（Ｒｃｘ、Ｒｃｙ、Ｒｃｚ）を算出する工程と、を備える
   ことを特徴とする形状測定装置の制御プログラム。

Images