JPH11123635A - ワークの形状寸法測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワークの形状寸法の測定を主軸に装着した測
定方向で異なる押代を呈する測定ヘッドの測定子を用い
て高精度に行えるようにする。 【解決手段】 主軸９に装着した測定ヘッド１０の測定
子１１の法線方向に応じた押代を既知半径Ｒの校正球等
の校正手段により押代データテーブルとして求める。次
に、ワークＷの複数の測定目標点Ｐを測定子１１で測定
開始点から法線方向に接近動作させ、各目標点の三次元
座標値を検出し、さらに、押代データテーブルより選定
した複数の押代ＰＬｎから演算により測定時の法線方向
における押代ＰＬを求め、検出した測定目標点Ｐの三次
元座標値をその押代ＰＬで補正することによって、高精
度なワークＷの形状寸法の測定を行う構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械により加
工されたワークの形状寸法測定方法及び装置に関し、特
に測定子を有した測定ヘッドを主軸に装着してワークの
表面の座標値を直接的に三次元で測定し、そのとき、主
軸軸心に対する測定子中心の位置ずれ、つまり偏心と、
主軸の軸心方向において所定の基準位置に対する測定子
中心の位置ずれ、つまり偏差と、更には測定ヘッドの測
定子がワーク等の被測定物に接触してから測定信号を発
するまでの所定の接近方向、つまり法線方向に沿う押し
込み量に相当する押代とが不可避的に包含されていても
高精度にワークの形状寸法を測定することが可能なワー
クの形状寸法測定方法と装置とに関するものである。殊
に、本発明は、ワーク等の被測定物に対する接近方向、
つまり法線方向が三次元空間内で異なる毎に測定子の押
代が異なるような測定ヘッドを用いた場合にも高精度な
ワークの形状寸法測定を可能にするワークの形状寸法測
定方法と装置とに関する。

【０００２】

【従来の技術】工作機械によるワークの加工、例えば、
三次元形状を有した金型曲面等の加工においては、ワー
ク加工工程の間にワークの三次元の形状寸法を測定して
ワークの加工状態を検出することにより、所望の形状寸
法に至る加工の進捗度合いや加工精度を把握すること
は、加工現場において一般的に実行されている。この場
合におけるワークの三次元形状寸法の測定においては、
都度、工作機械外の三次元測定機へワークを搬入して測
定を行っており、これでは測定機へのワークの設定が煩
瑣になり、また測定後に再びワークの加工を行う場合に
は、工作機械上へのワークの再設定にも手間取る等の不
利がある。従って、工作機械のテーブルに取着されたま
まのワークに対して、工作機械の主軸に工具と交換に測
定子を有した測定ヘッドを工具交換装置等で装着し、こ
の測定ヘッドを用いて上記テーブル上に取着されたまま
のワークの形状寸法を直接、測定することも効率的な方
法として通常、実行されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】然るに、工作機械のみ
ならず、工作機械外の三次元測定機等の主軸に測定ヘッ
ドを装着してワークの形状寸法の測定を行うときには、
機械要素間の機械的な係合に伴う不可避的要因として測
定ヘッドの測定子中心と主軸軸心との間には偏心、偏差
等が発生する。ところが、主軸の軸心に対して測定ヘッ
ドの測定子の中心を三次元方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向）に
正しく位置決めし、測定子中心が主軸軸心に対して偏
心、偏差のない状態を実現させてから測定を実行しない
と、測定子の中心がワーク表面における測定目標位置か
らずれた位置の測定をすることになり、工作機械や測定
機が有するスケールや送り機構が有するエンコーダ等の
高精度の位置決め機能等を駆使しても、結局、高精度の
形状寸法の測定を行うことは不可能となる。このため
に、従来は、例えば工作機械の主軸に測定ヘッドを装着
してワークの形状寸法の測定を行う場合には、測定ヘッ
ドの装着時に、工作機械上のベッド等に取着したインジ
ケータ等で測定ヘッドが有する測定子の中心を主軸軸心
に位置合わせする所謂、心出し作業を行ってから、ワー
クの形状寸法の測定を実行する方法が採られていた。

【０００４】しかしながら、インジケータ等の既存の測
定器を用いる心合わせでは、測定ヘッド内部の遊びや測
定ヘッドの触圧に起因して高精度の心合わせを実現する
ことは困難であり、主軸軸心と測定子の中心との間には
不可避的にずれがあり、ワークの曲面測定時には、結
局、測定子は、ワーク曲面上の目標とする測定点からず
れた位置を測定することとなり、ワークの測定精度を低
下させる結果となっていた。

【０００５】その上、複雑な形状をした金型曲面等のワ
ークの場合には、加工工程の間に一度ならず、このよう
なワーク形状寸法の測定が遂行されるために、形状寸法
の測定を実行することが極めて煩瑣になり、故に加工能
率の低下も来す結果となっていた。他方、例えば工作機
械の主軸に測定ヘッドを装着してワークの形状寸法の測
定を実行するにあたり、測定ヘッドの測定子がワークの
目標測定位置に機械的に接触して測定を遂行する接触式
の測定ヘッドや、測定子先端がワークの測定位置に接近
したときの例えば、電気容量変化やうず電流変化等の電
気量の変化から測定値を得る非接触式の測定ヘッドが用
いられるが、接触式測定子の場合には、測定位置に実際
に接触した時点から定方向に一定の押し込み量を経たと
き、接触を示す電気信号等の測定信号を発する構成を具
備し、また、非接触式測定子においても上述した電気量
変化が一定レベル、つまり一定の閾値に達するまでの接
近動作量を経過した時点で測定信号を発する構成を有す
る。このような押し込み量や接近動作量を総括的に以
下、押代と定義すると、測定ヘッドの測定子は、個々に
特有の押代を有することから、ワークの形状寸法の測定
にあたっては、個々の測定ヘッドの押代を求め、求めた
押代をワークの形状寸法測定値に補正処理を行って実際
の形状寸法を求める必要がある。

【０００６】殊に、三次元測定機として実現されている
周知の高精度測定機の測定ヘッドの場合はともかく、一
般的に使用される比較的安価で低精度の測定ヘッドにお
いては、例えば、球形をしたその測定子がワーク等の被
測定物の表面の座標値を測定すべく、該表面に対して法
線方向に接近動作する際に、該表面における測定位置の
相違に応じて法線方向が異なる毎に異なった押代を持つ
不均一性を有し、複雑な曲線表面を有したワーク等の被
測定物に対しては、この押代の不均一性に起因した測定
誤差を混入し、測定結果に悪影響を及ぼすことが認識さ
れている。

【０００７】そこで、三次元測定装置において測定プロ
ーブのワークとの接触方向の違いに応じて測定力が異
り、方向性を有する点をロービング特性として捉え、こ
れを改善する三次元測定方法が特公平６−６３７６０号
に開示されている。この改善された三次元測定方法は、
基準球の表面を複数領域に分割し、各分割域に法線方向
から測定プローブを接触させて測定信号を検出すること
により測定値を求め、該測定値から形成される仮想球と
実際の基準球とから各分割面に対応した補正値を求めて
記憶しておき、次にワークを測定プローブによって測定
する際には、ワークに対する接触点における位置座標及
び移動方向を検出し、この移動方向と対応した上記基準
球測定時の移動方向（法線方向）に対応する補正値を読
み出し、この補正値によりワークを接触、測定した場合
の測定値を補正するようにした一手法を開示している。
しかしながら、この手法では、複雑な曲面形状を有した
ワークの場合に、基準球の分割域を限りなく細分化させ
て緻密な補正データを保持しなければ、実際にワークを
測定するときに、その測定方向に対応したロービング補
正値、つまり押代補正値を得ることが困難であり、記憶
容量の膨大化を招くという難点を有している。

【０００８】よって、上述した従来の技術における諸々
の問題点に鑑みて、本発明の主目的は、主軸に装着され
た測定ヘッドの測定子を利用して被加工対象のワークの
形状寸法を測定する場合に、主軸軸心と測定子の中心と
の間に既述した偏心及び偏差ばかりでなく、不均一な押
代特性が既存しても高精度の測定結果を得ることが可能
なワークの形状寸法測定方法及び装置を提供せんとする
ものである。

【０００９】本発明の他の目的は、測定方向の違いによ
って測定ヘッドの測定子が異なる押代を有し、殊に、測
定子を任意の一点から三次元空間内において無数に取っ
た接近方向ないし法線方向に沿って接近動作させる場合
に呈する押代特性が円滑な包絡曲面のみならず、変曲線
を有した不規則曲面を包絡面とするような場合でも、ワ
ークの形状寸法の測定を行う際に、測定ヘッドが接触
式、非接触式であるを問わず、ワークへの測定方向に対
応した測定子の押代を予め校正手段を用いて求めた該測
定子の押代データから簡単な演算手法によって求め、該
求めた押代によってワークの測定座標値を補正し、高精
度のワーク形状寸法の測定を実現することが可能なワー
クの形状寸法測定方法及び装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の発明の目的に鑑み
て、本発明は、ワークの表面の座標値を主軸に装着した
測定ヘッドの測定子によって測定するワークの形状寸法
測定方法において、既知寸法を有した所定の校正手段の
複数の校正用測定点へ向かう各法線方向に沿って前記測
定ヘッドの測定子を漸近移動させることにより前記測定
子の各法線方向での押代Ｌｎを求め、前記求めた測定ヘ
ッドの測定子の各法線方向での押代ＰＬｎを前記各法線
方向と対応付けて記憶し、前記ワークの測定点の位置及
び前記測定点に対応した測定開始点の位置への移動指令
を含んで予め作成された測定手順に基づいて、前記主軸
と前記ワークとを相対移動させ、前記測定ヘッドの測定
子を前記測定開始点へ位置決めし、前記測定ヘッドの測
定子を前記測定開始点から前記測定点へ向かう法線方向
に沿って漸近移動させ、該測定点における測定信号を受
信したときの前記測定点の座標値（ｘ，ｙ，ｚ）を検出
して、取り込み、前記測定点の近傍の複数の法線方向を
選定し、該選定した複数の法線方向に対応する複数の押
代から演算により前記ワークの測定時の法線方向に応じ
た押代ＰＬを求め、前記取り込まれた測定点の座標値
（ｘ，ｙ，ｚ）に対して前記求めた押代ＰＬにより補正
をした前記測定点の座標値（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）を求
め、前記補正された測定点の座標値（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈ
ｚ）から前記ワークの形状寸法の測定値を演算するよう
にしたワークの形状寸法測定方法を提供するものであ
る。

【００１１】また、本発明は、ワークの表面の座標値を
主軸に装着した測定ヘッドの測定子によって測定するワ
ークの形状寸法測定方法において、前記主軸に装着され
た前記測定ヘッドの測定子の中心位置の座標値（ｘ₀,
ｙ₀, ｚ₀）と前記主軸の軸心とのずれ分に当たる偏心量
（ΔＸ，ΔＹ）及び前記主軸の軸心方向における所定の
基準位置からのずれ分に当たる偏差量（ΔＺ）を求め、
前記偏心量（ΔＸ，ΔＹ）、偏差量（ΔＺ）を記憶し、
既知寸法を有した所定の校正手段の複数の校正用測定点
に向かう各法線方向に沿って前記測定ヘッドの測定子を
漸近移動させることにより前記測定子の各法線方向での
押代ＰＬｎを求め、前記求めた測定ヘッドの測定子の各
法線方向での押代ＰＬｎを前記各法線方向と対応付けて
記憶し、前記ワークの測定点の位置及び前記測定点に対
応した測定開始点の位置への移動指令を含んで予め作成
された測定手順に基づいて、前記主軸と前記ワークとを
相対移動させ、前記測定ヘッドの測定子を前記記憶した
偏心量（ΔＸ、ΔＹ）及び偏差量（ΔＺ）を前記測定開
始点の位置に取り込んで求めた測定開始点へ位置決め
し、前記測定ヘッドの測定子を前記求めた測定開始点か
ら前記測定点へ向かう法線方向に沿って漸近移動させ、
該測定点における測定信号を受信したときの前記測定点
の座標値（ｘ，ｙ，ｚ）を検出して、取り込み、前記測
定点の近傍の複数の法線方向を選定し、該選定した複数
の法線方向に対応する複数の押代から演算により前記ワ
ークの測定時の法線方向に応じた押代ＰＬを求め、前記
取り込まれた測定点の座標値（ｘ，ｙ，ｚ）に対して前
記求めた押代ＰＬと前記記憶した偏心量（ΔＸ，ΔＹ）
及び偏差量（ΔＺ）とにより補正した前記測定点の座標
値（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）を求め、前記補正された測定点
の座標値（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）から前記ワークの形状寸
法の測定値を演算するようにしたワークの形状寸法測定
方法を提供するものである。

【００１２】更に、本発明は、ワークの表面の座標値を
主軸に装着した測定ヘッドの測定子によって測定するワ
ークの形状寸法測定装置において、前記測定ヘッドの測
定子を既知寸法を有した所定の校正手段の複数の校正用
測定点へ向かう各法線方向に沿って漸近移動させること
により前記測定子の各法線方向での押代ＰＬｎを求める
校正用押代演算手段と、前記求めた測定ヘッドの測定子
の各法線方向での押代ＰＬｎを前記各法線方向と対応付
けて記憶する押代記憶手段と、前記ワークの測定点の位
置及び前記測定点に対応した測定開始点の位置への移動
指令を含んで予め作成された測定手順に基づいて、前記
主軸と前記ワークとを相対移動させ、前記測定ヘッドの
測定子を前記測定開始点へ位置決めし、かつ前記測定開
始点から前記測定点へ向かう法線方向に沿って漸近的に
測定移動せしめる測定子移動手段と、前記測定子移動手
段によって前記測定ヘッドの測定子を前記測定開始点か
ら前記測定点へ向かう法線方向に沿って漸近移動させ、
前記測定点における測定信号を受信したときの前記測定
点の座標値（ｘ，ｙ，ｚ）を読み取る測定座標値読取り
手段と、前記測定点の近傍の複数の法線方向を選定し、
該選定した複数の法線方向に対応する複数の押代から前
記ワークの測定時の法線方向に応じた押代ＰＬを求める
測定用押代演算手段と、前記測定座標値読取り手段によ
って読み取った前記測定点の座標値（ｘ，ｙ，ｚ）に対
して、前記測定用押代演算手段で求めた押代ＰＬにより
補正をした前記測定点の座標値（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）を
求める補正座標値演算手段と、を具備し、前記補正座標
値演算手段によって補正した前記ワークの測定点の座標
値（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）から前記ワークの形状寸法を演
算、測定するように構成されたワークの形状寸法測定装
置を提供するものである。

【００１３】また、本発明は、ワークの表面の座標値を
主軸に装着した測定ヘッドの測定子によって測定するワ
ークの形状寸法測定装置において、前記主軸に装着され
た前記測定ヘッドの測定子の中心位置の座標値（ｘ₀，
ｙ₀，ｚ₀）と前記主軸の軸心とのずれ分に当たる偏心量
（ΔＸ，ΔＹ）及び前記主軸の軸心方向における所定の
基準位置からのずれ分に当たる偏差量（ΔＺ）を求める
偏心・偏差量演算手段と、前記偏心量（ΔＸ，ΔＹ）及
び偏差量（ΔＺ）を記憶する偏心・偏差量記憶手段と、
前記測定ヘッドの測定子を既知寸法を有した所定の校正
手段の複数の校正用測定点へ向かう各法線方向に沿って
漸近移動させることにより前記測定子の各法線方向での
押代ＰＬｎを求める校正用押代演算手段と、前記求めた
前記測定ヘッドの測定子の各法線方向での押代ＰＬｎを
前記各法線方向と対応付けて記憶する押代記憶手段と、
前記ワークの測定点の位置及び前記測定点に対応した測
定開始点の位置への移動指令を含んで予め作成された測
定手順に基づいて、前記主軸と前記ワークとを相対移動
させ、前記測定ヘッドの測定子を前記測定開始点の位置
に前記偏心・偏差量記憶手段で記憶した偏心量（ΔＸ，
ΔＹ）及び偏差量（ΔＺ）を取り込んで求めた測定開始
点へ位置決めし、かつ前記求めた測定開始点から前記測
定点へ向かう法線方向に沿って漸近的に測定移動せしめ
る測定子移動手段と、前記測定子移動手段によって前記
測定ヘッドの測定子を前記求めた測定開始点から前記測
定点へ向かう法線方向に沿って漸近移動させ、前記測定
点における測定信号を受信したときの前記測定点の座標
値（ｘ，ｙ，ｚ）を読み取る測定座標値読取り手段と、
前記測定点の近傍の複数の法線方向を選定し、該選定し
た複数の法線方向に対応する複数の押代から前記ワーク
の測定時の法線方向に応じた押代ＰＬを求める測定用押
代演算手段と、前記測定座標値読取り手段によって読み
取った前記測定点の座標値（ｘ，ｙ，ｚ）に対して、前
記測定用押代演算手段で求めた押代ＰＬと前記偏心・偏
差量記憶手段で記憶した偏心量（ΔＸ，ΔＹ）及び偏差
量（ΔＺ）とにより補正をした前記測定点の座標値（Ｈ
ｘ, Ｈｙ, Ｈｚ）を求める補正座標値演算手段と、を具
備し、前記補正座標値演算手段によって補正した前記ワ
ークの測定点の座標値（Ｈｘ, Ｈｙ, Ｈｚ）から前記ワ
ークの形状寸法を演算、測定するように構成されたワー
クの形状寸法測定装置を提供するものである。

【００１４】

【作用】工作機械や測定機における主軸に装着された測
定ヘッドの測定子がワークの形状寸法を実際に測定する
場合の押代ＰＬ（ＰＬ_X , ＰＬ_Y , ＰＬ_Z ）を演算法に
より得るための複数の押代データを既知半径を有した校
正球等の校正手段を用いて求め、測定時の接近方向（法
線方向）と対応させて記憶手段内に格納する。

【００１５】上記の押代データは、例えば既知の半径寸
法（Ｒ）を有し、寸法校正や位置校正に用いられる周知
の校正球をテーブル上に設置し、この校正球の球面上に
おける複数の点に対して、測定子を該複数の点の各点に
対する測定開始点に位置決めし、その測定開始点から法
線方向に沿って接近動作させて校正球半径を実測し、測
定ヘッドの測定子の既知半径（ｒ）と、校正球の実測半
径（Ｒｓ）と、既知半径（Ｒ）から、（Ｒ＋ｒ）−（Ｒ
ｓ）＝押代ＰＬｎを求め、このような押代ＰＬｎを求め
る工程を校正球面上の複数の点で繰り返すことにより、
測定子の接近方向（法線方向）と１対１に対応した例え
ばテーブル形式で押代データを求め、該押代データテー
ブルを適宜の押代記憶手段に記憶する。なお、この校正
球等の校正手段を用いて押代データを求める工程を予め
一定の校正手順としてプログラム化し、該校正プログラ
ムに従って実行しても良い。

【００１６】上述のようにして主軸に装着された測定ヘ
ッドの測定子の押代データを求めた後に、該主軸に装着
された測定ヘッドを用いてワークの形状寸法の測定工程
を遂行する。このワークの形状寸法の測定工程は、ワー
クの測定表面上に予め測定プログラム等によって指定さ
れた複数の測定点（所要に応じて１つの測定点のみとし
ても本発明の測定方法の原理は不変である。）に対して
遂行され、上述のように主軸の移動によって測定ヘッド
の測定子中心を測定点に対する法線上に定めた測定開始
点へ位置決めする。このとき、法線はワークの加工のた
めに設計された形状に対して選定した測定点に関し予め
演算により求めた法線でも良く、ワークの各測定点の近
傍における数点の座標値を実際にその測定ヘッドの測定
子で測定して求め、求めた数点の座標値から定まる測定
点を含む平面に立てられる法線を求め、このようにして
求めた法線を各測定点の実測における法線とするように
しても良い。

【００１７】かくして測定子の中心を測定開始点への位
置決め完了後に測定子中心を所定の法線に沿ってワーク
の測定点に向けて接近させて接触式または非接触式に測
定点の座標値を実測により求める。この場合には、実測
値を得る段階で、例えば接触式であれば、測定子が押代
分だけ押込されたときに、測定信号を受けることは言う
までもない。このようにして実測された測定点の座標値
（Ｘ，Ｙ，Ｚ）に対して、上述した押代データテーブル
から、ワークの測定点における上記法線方向に近い複数
（例えば４つ）の法線方向を選定し、該選定した法線方
向に対応した押代ＰＬ1 、ＰＬ2 、ＰＬ3 、ＰＬ4 から
ワークの測定点における押代ＰＬ（ＰＬ _X , ＰＬ_Y , Ｐ
Ｌ_Z ）を演算的に求める。すなわち、この演算法は、例
えば４つの法線方向に対応した押代ＰＬ1 、ＰＬ2 、Ｐ
Ｌ3 、ＰＬ4 を呈する校正球の表面上における４点の位
置関係からワーク測定時の接近方向と同じ法線方向を有
した測定点に対応した点の押代を比例配分的に求めれば
良い。

【００１８】かくして求めた押代ＰＬ（ＰＬ_X , Ｐ
Ｌ_Y , ＰＬ_Z ）を三次元の各軸方向に分配した押代成分
によってワーク測定点の座標値（ｘ，ｙ，ｚ）に対して
補正することにより、測定点の三次元座標系における座
標値（Ｈ_X, Ｈ_Y, Ｈ_Z）を求めるものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に示す実
施形態に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係
るワークの形状寸法の測定方法を実施するために用いら
れる測定装置の全体的構成を示すブロック図、図２は、
主軸に装着された測定ヘッドの測定子が主軸軸心に対し
て偏心、偏差し、かつ測定子が接近方向に異なる押代を
有した状態で、ワークの測定目標点を本発明による測定
方法によって測定を実施する場合の測定過程を説明する
ための略示説明図、図３及び図４は、本発明によるワー
クの形状寸法測定を実施する場合のフローチャート、図
５は、既知の半径寸法を有した基準校正球を校正手段に
用いて、例えば、工作機械のテーブル上に設置し、主軸
に装着した測定ヘッドの測定子が有する押代を検出する
工程を説明するための略示説明図、図６は、基準校正球
の表面における複数の押代測定点に対して、該押代測定
点のそれぞれに一義的に決まる法線方向から測定ヘッド
の測定子を接近させることにより、押代測定点の位置、
従って法線方向と対応して該測定子の押代を求め、押代
データテーブルを得る過程を説明する説明図、図７及び
図８は、ワークの目標測定点Ｐ₁ における押代を基準校
正球を用いて得た押代データテーブルの複数点Ｑ₁ 、Ｑ
₂ 、Ｑ₃ 、Ｑ₄ から得た複数の押代に基づいて演算する
過程を説明する略示説明図、図９は、上記の点Ｐ₁ 、Ｑ
₁ 、Ｑ₂ 、Ｑ₃ 、Ｑ₄ を基準校正球の表面にプロットし
た様子を示す平面図、図１０は、一般的に工作機械の主
軸に装着された測定ヘッドが有する測定子（接触式の球
状測定フィーラの例を示す）によってワーク等の被測定
対象物の測定目標点を測定する際において、主軸軸心と
測定子の中心とが正しく一致した状態で測定開始点から
測定目標点へ同点に立てた法線方向にアプローチ（接近
動作）させた場合の状況を模式的に説明するための略示
説明図、図１１は、主軸の軸心に対する測定ヘッドの測
定子中心の偏心量と偏差量とを模式的に示すための略示
説明図、図１２は、工作機械の主軸に装着された測定ヘ
ッドが有する測定子（接触式の球状測定フィーラの例を
示す）によってワーク等の被測定対象物の測定目標点を
測定する際において、主軸軸心と測定子の中心とが不一
致のままで測定開始点から測定目標点へ同点に立てた法
線方向にアプローチ（接近動作）させた場合の状況を模
式的に説明するための略示説明図である。

【００２０】さて、一般的に、工作機械、特に、所定の
ＮＣプログラムに従って工具交換を遂行しながら加工を
実行するＮＣ工作機械によってテーブル上に設置したワ
ークの機械加工を実行する工程の間に、工作機械の主軸
に工具に代えて測定子を有した測定ヘッドを装着するこ
とにより、テーブル上に設置された状態のままのワーク
の形状寸法を測定することは、加工現場において通常、
実行されている。このようなワークの形状寸法の測定に
おいて、工作機械の主軸と、ワークを搭載したテーブル
との間で送り機構による相対送り動作を行わせて主軸に
装着した測定ヘッドの測定子をワークの各目標点へ接近
させるようにする。このため、工作機械の主軸に装着し
た測定ヘッドにより、ワークの形状寸法を測定する場合
には、主軸軸心を基準にして測定プログラムが作成され
る。これに対して、工作機械外の三次元測定機における
主軸に測定ヘッドを装着し、同測定ヘッドの測定子によ
ってワークの目標とする測定点を測定する場合には、測
定ヘッドの測定子の中心を基準にして測定ヘッドによる
測定を実行するのが一般的である。

【００２１】ここで先ず、図１０に図示のように、主軸
９に装着された測定ヘッドを有する例では、接触式の測
定子１１の中心が主軸９の軸心に適正に一致した状態で
装着されているときを考察する。この場合には、主軸９
とワークＷとの間の相対動作を利用してワークＷの測定
目標点Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）に法線方向Ｖから測定ヘッドの
測定子１１を、当該測定目標点Ｐに向けて接近動作させ
ると、主軸９の相対動作に応じて測定子１１は正しく測
定目標点Ｐに接触することから、同測定目標点Ｐの三次
元座標であるＰ（ｘ，ｙ，ｚ）をうまく検出することが
できる。従って、ワークＷの多数の測定目標点Ｐについ
て三次元座標値を検出すれば、これらの座標値からワー
クＷの三次元形状寸法を高精度に測定することができ
る。

【００２２】然るに、一般的には工作機械の主軸９に測
定ヘッドを工具交換装置等の適宜の取付け装置で装着し
た場合には、完全に正しく主軸９の軸心と測定ヘッドの
測定子１１の中心とが一致した状態を得ることは機械構
造上から困難であり、しかも測定ヘッドが不可避的に内
包する遊び等によって一般的に主軸９の軸心に対して測
定子１１の中心はずれを有している。このようなずれの
発生状態を説明、図示したものが図１１である。

【００２３】図１１に図示のように、主軸９の軸心と測
定子１１の中心とのずれは二次元座標内における両者の
ずれ量（ΔＸ、ΔＹ）と主軸９の軸心方向における測定
プログラムの実行上で定めた基準位置からのずれ量（Δ
Ｚ）とを有する。ずれ量（ΔＸ、ΔＹ）が偏心量に相当
し、ずれ量（ΔＺ）が偏差量に相当するものである。こ
のようなずれ量（ΔＸ、ΔＹ、ΔＺ）を有した状態の測
定子１１によりワークＷの測定目標点Ｐの座標値を検出
すべく主軸９とワークＷとの間で相対動作を実行させた
場合の様子が図１２に図示されている。つまり、主軸９
とワークＷとの相対動作により測定ヘッドの測定子１１
をワークＷの測定目標点Ｐに向けて所定の法線方向Ｖに
沿って接近動作させると、測定子１１は、測定目標点Ｐ
からずれたワークＷの表面上の点Ｐ’の座標値を検出す
ることになる。勿論、図１２に示すＸ，Ｙ軸方向のずれ
ばかりでなく、測定子１１が有する主軸９の軸心方向へ
の偏差量（ΔＺ）に基づく検出ずれも混入されることは
言うまでもない。従って、このような位置ずれを有した
多数の点Ｐ’の座標値を求めてワークＷの形状寸法を測
定した場合には、当然に形状寸法測定値に誤差が含まれ
る結果となるのである。

【００２４】また、図１０、図１２に示す測定子１１と
ワークＷとの接触点の検出過程では、一般的に測定子１
１はワークＷに接触した時点で直ちに検出信号を発する
のではなく、法線方向Ｖに沿ってワークＷの内部に向け
て一定量の押し込みが成された後に検出信号が発せられ
るもので、この量が押代であり、個々の測定子１１間の
押代にも一般的には大小バラツキを有しているのみなら
ず、単一個の測定子１１において、その測定子１１を測
定目標点Ｐに対して法線方向Ｖに沿って接近動作させる
とき、その法線方向の違いに応じて種々異なる押代を呈
することが多く、特に、安価な反面、低精度に製造され
た測定ヘッドの測定子１１では、この傾向が顕著であ
る。従って、このような測定子の持つ押代の特性をも考
慮しなければ、高精度にワークＷの形状寸法を測定する
ことは不可能となるのである。

【００２５】本発明は、加工されたワークＷの形状寸法
を、例えば、該加工を行った工作機械の主軸９に工具と
交換に装着した測定ヘッドによって測定する場合等に、
たとえ主軸９の軸心に対して測定ヘッドが有する測定子
１１の中心が上述した偏心、偏差量を包含して装着さ
れ、測定ヘッドの押代が測定方向の違いに応じて種々異
なる場合でも高精度にワークＷの形状寸法の測定を実施
し得る方法及び装置を提供せんとするものである。

【００２６】ここで、図１を参照して、本発明の一実施
形態として工作機械Ｍの主軸９に装着した測定ヘッド１
０によりワークＷの形状寸法を測定する場合を考察す
る。工作機械Ｍは、テーブル１２上でワークＷの機械加
工を例えば、図示されていないＮＣ加工プログラムに従
って遂行している。故に、工作機械Ｍは、主軸９をＺ軸
方向に送り動作させる送りモータを含んだＺ軸方向の送
り機構Ｆｚと、テーブル１２をＸ軸方向及びＹ軸方向に
送り動作させる夫々の送りモータを含んだＸ軸方向、Ｙ
軸方向の送り機構Ｆｘ、Ｆｙとを備えている。そして、
これらの３軸方向の送り機構Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚは、それ
ぞれ主軸９のＺ軸方向の位置、テーブル１２のＸ軸方
向、Ｙ軸方向における位置を示す位置信号を送出するス
ケール装置やエンコーダ装置等を備えていることは言う
までもない。

【００２７】他方、ワークＷの加工工程の間に、工作機
械Ｍの主軸９に、図示されていない工具交換装置等によ
って工具に代えて測定ヘッド１０を装着し、同測定ヘッ
ド１０が有する測定子１１によってワークＷの形状寸法
の測定が遂行される。ワークＷの形状寸法の測定は、予
めワークＷの設計、加工データに基づいて作成された測
定プログラムＭＲＰによって遂行され、この測定プログ
ラムＭＲＰは主軸９の軸心を基準にしてワークＷにおけ
る複数の測定目標点Ｐや各測定目標点における法線方向
Ｖ、各測定目標点Ｐに対する測定子１１の中心の接近開
始点等を含んだ測定手順を記録している。また、同測定
プログラムＭＲＰは後述する校正手段を用いて測定ヘッ
ド１０の測定子１１の押代データテーブルを得る校正手
順を含むようにしてもよい。

【００２８】そして、ワークＷの形状寸法の測定及び測
定ヘッド１０の測定子１１の押代データテーブル作成の
諸測定工程は、この測定プログラムＭＲＰが包含した測
定手順及び校正手順による指令に基づいて遂行される。
すなわち、測定プログラムＭＲＰの測定手順の指令は、
測定プログラム読取部１３によって読み取られて測定デ
ータに変換される。この測定プログラム読取部１３で解
釈された測定データは、動作指令部１５に入力され、こ
のとき、動作指令部１５は工作機械Ｍの各軸方向の送り
機構Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの軸移動を制御する軸移動制御部
１７へ測定データに基づく動作指令を入力する。故に、
軸移動制御部１７は、その動作指令に応じて各軸方向に
おける移動制御信号を各軸方向の送り機構Ｆｘ、Ｆｙ、
Ｆｚに送出して送り動作を駆動させるとともに軸移動の
開始を位置検出部１９および測定信号検出部２１にそれ
ぞれ出力して位置検出動作及び測定信号検出動作を駆動
する。なお、上記の動作指令部１５は後述の偏心・偏差
量記憶部４１にも接続され、偏心・偏差量を考慮した動
作指令を軸移動制御部１７へ送出することが可能に構成
されている。

【００２９】他方、本発明に係るワークＷの形状寸法の
測定装置は、測定プログラムＭＲＰに従ってワークＷの
形状寸法の測定を実行するときに、測定子１１の押代、
必要に応じて偏心量、偏差量等の補正データを先ず求
め、次いで複数の測定目標点Ｐの三次元座標値を測定子
１１による検出動作を介して検出し、それらの補正デー
タ、座標検出値等からワークＷの形状寸法を演算、測定
するように機能する補正量演算部３０、データ記憶部４
０、測定値演算部５０、測定結果出力・表示部６０を備
えている。

【００３０】上記補正量演算部３０は、上述の動作指令
部１５からの動作指令に応じて測定子１１の偏心・偏差
量等の補正量及び押代を演算するために設けられ、偏心
・偏差量演算部３１では上述した位置検出部１９、測定
信号検出部２１と接続され、後述する非接触式の工具先
端位置測定装置等を用いて測定子１１の中心座標のデー
タを当該位置検出部１９から入力されると、それに基づ
いて主軸９の軸心に対する測定子１１の偏心量、偏差量
を演算によって求め、校正用押代演算部３３では、また
別に後述する基準校正球やマスターワーク等の校正手段
を用いて測定子１１で該校正手段の所定寸法を複数の法
線方向から接近動作させて測定するとき、上記位置検出
部１９、測定信号検出部２１からの検出データに基づい
て測定子１１の種々の法線方向と対応した押代ＰＬｎを
演算によって求め得るように構成されている。

【００３１】そして、補正量演算部３０により演算され
た測定ヘッド１０の測定子１１の偏心及び偏差量は、デ
ータ記憶部４０の偏心・偏差量記憶部４１により記憶さ
れ、また後述の押代データテーブルが押代データ記憶部
４３に記憶される。また、上述した偏心及び偏差量と押
代データテーブルが求められてから、いよいよワークＷ
の形状寸法の測定工程が実行される過程では、測定値演
算部５０の測定座標値検出部５１が既述の測定信号検出
部２１および位置検出部１９から出力される測定目標点
Ｐの三次元座標値のデータを受信し、この受信した各測
定目標点Ｐの三次元座標値に対して偏心・偏差量補正部
５３が、上記の偏心・偏差量記憶部４１から読み出した
偏心量、偏差量によって補正を行う。更に、押代補正部
５５が既述の押代データ記憶部４３から読み出した押代
データテーブルに基づいて測定用押代演算部５４が測定
目標点Ｐに対する測定ヘッド１０の測定子１１が持つ押
代ＰＬを演算により求めて上記押代補正部５５へ送出す
ることによって押代補正を行い、以て測定目標点Ｐの正
しい三次元座標値を求めて、ワーク形状寸法演算部５７
へ測定点毎に送出する。すると、同ワーク形状寸法演算
部５７は、複数の各測定目標点Ｐの正しい三次元座標値
からワークＷの形状寸法を演算によって求め、測定を完
了し、演算したワークＷの形状寸法データを測定結果出
力・表示部６０を介して装置外部へ出力するようになっ
ている。

【００３２】図２は、本発明によるワークＷの形状寸法
測定方法を工作機械において実施する際に主軸９の軸心
に対して測定子１１の中心が偏心、偏差のずれを有し、
かつ測定子１１が測定点への接近方向に異なる押代を有
した状態で、ワークＷの測定目標点Ｐの三次元座標値を
同測定子１１が検出するまでの測定過程を説明してい
る。

【００３３】図２において、測定ヘッド１０が装着され
た主軸９が任意の位置（ａ）からワークＷの測定目標点
Ｐの測定を開始するときには、まず、上記の任意位置
（ａ）から測定開始点（ｂ）へ移動、位置決めされる。
この測定開始点（ｂ）への位置決めは測定プログラムＭ
ＲＰにより指定される測定開始点Ｐに対して測定子１１
の偏心、偏差を考慮して、当該測定子１１の中心位置が
測定目標点Ｐに対する適正な測定開始点に位置するよう
に補正動作を加えた位置決めが行われる。

【００３４】次いで、測定開始点（ｂ）から当該測定目
標点Ｐに関する法線方向（三次元座標系における法線ベ
クトルを（ｌ，ｍ，ｎ）とする）に沿って通過点（ｃ）
を経由して接近動作を行う。この接近動作は勿論、工作
機械Ｍの各送り軸方向における送り機構Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆ
ｚを含めた３軸送り機構の軸移動により主軸９とワーク
Ｗとの間の相対移動によって遂行されることは言うまで
もない。

【００３５】やがて、測定子１１がワークＷにおける測
定目標点Ｐを接触式に又は非接触式に検出する位置、つ
まり接触式では幾何学的に測定目標点Ｐに接触する位置
であり、非接触式では、理論的にうず電流または静電容
量等の変化が開始する位置に相当する検出位置（ｄ）に
達する。この検出位置（ｄ）から測定子１１は更にその
押代相当分だけ押し込まれた位置（ｅ）に達すると、測
定信号、所謂、スキップ信号が測定ヘッド１０から発せ
られる。このような測定信号は図１に示す測定信号検出
部２１で検出され、この測定信号に応じて、位置検出部
１９は各送り機構Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚに関連したスケール
やエンコーダ等の位置検出装置から測定目標点Ｐの座標
値（ｘ，ｙ，ｚ）を検出するものである。

【００３６】上述した測定目標点Ｐの三次元座標値
（ｘ，ｙ，ｚ）の検出過程では、工作機械Ｍの主軸９
は、測定プログラムＭＲＰにより指定される測定開始点
（ｂ）からずれた位置からワークＷに対して相対移動を
行い、測定子１１の中心が測定目標点Ｐにその法線方向
から接近するように動作していることから、上述により
検出された点Ｐの座標値には測定子１１の偏心、偏差量
に相当するずれ量が混入されている。また、押代も混入
している。依って、本発明はこれらの偏心、偏差量およ
び押代の補正を行って、主軸９の軸心を基準とした正し
い測定目標点Ｐの三次元座標値（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）を
求めるのである。

【００３７】すなわち、測定信号に応じて検出された測
定目標点Ｐの三次元座標値を、上述のように、Ｐ（ｘ，
ｙ，ｚ）、正しい三次元座標値をＰ（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈ
ｚ）、偏心量を（ΔＸ，ΔＹ）、偏差量を（ΔＺ）、押
代をＰＬ（ＰＬ_X, ＰＬ_Y, ＰＬ _Z）とすると、既述のよ
うに、測定目標点Ｐにおける法線のベクトルを（ｌ，
ｍ，ｎ）としたとき、正しい三次元座標値Ｐ（Ｈｘ，Ｈ
ｙ，Ｈｚ）は次の式で与えられる。

【００３８】

【数１】 本発明は、各測定目標点Ｐの三次元座標の座標値を図１
の測定信号検出部２１の測定信号に応じて位置検出部１
９から検出すると、この各点Ｐの三次元座標値は、測定
値演算部５０における測定座標値検出部５１に入力さ
れ、上記の式（１）〜（６）に従って測定子１１の偏
心、偏差量の補正と押代の補正とが行われ、ワーク形状
寸法演算部５７において複数の正しい測定目標点Ｐの座
標値を三次元座標系にプロットする演算を行ってワーク
Ｗの形状寸法の正しい測定値を得るものである。このよ
うに、本発明は、測定ヘッド１０の測定子１１における
中心位置が主軸９の軸心に対して偏心、偏差を有し、か
つ測定子１１が測定点への接近方向に応じて異なる押代
を有している場合にも正しいワークＷの形状寸法の測定
値を得ることができるから、測定の高精度化を実現でき
るのである。 さて、図３及び図４はワークＷの形状寸
法の測定における測定工程Ｓ１〜Ｓ１０をフローチャー
トで示したものである。

【００３９】なお、図４に示した測定工程Ｓ７からＳ１
０の工程は、ワークＷの被測定面上における複数の測定
目標点Ｐ１〜Ｐｎの各測定点Ｐ１・・・Ｐｎに就いて各
個別に三次元座標値の検出と補正とを行い、これを複数
回、繰り返すように測定過程が実行されるように記載し
てあるが、勿論、複数の測定目標点Ｐ１・・・Ｐｎに関
する三次元座標値を先ず、検出し、その後に測定子１１
の偏心量及び偏差量をデータ記憶部４０から取り込み、
また押代をデータ記憶部４０から取り込んで測定用押代
演算部５４において各測定目標点Ｐ１・・・Ｐｎの押代
を求め、求めた押代によって個々の座標値に順次に補正
を施すようにしても良いことは言うまでもない。

【００４０】なお、図４に示す工程Ｓ８において、各測
定目標点Ｐ１〜Ｐｎの接近動作を遂行する場合の法線方
向は予め測定プログラムＭＲＰの作成段階で、ワークＷ
の設計加工される形状データから法線方向を決定し、そ
のベクトル（ｌ，ｍ，ｎ）をプログラム内に入力してお
くようにしても良く、また、図７に示すように、ワーク
Ｗの測定目標点Ｐ１〜Ｐｎの測定を遂行する過程で、予
め例えば測定目標点Ｐ１に極めて近い近傍位置に選定し
た３点の座標値を測定子１１を用いて直接、測定し、こ
れらの３点の座標値で形成される各測定目標点を含んだ
狭小平面Ｍに対して立てた法線ＶＬを測定目標点Ｐ１の
接近動作における法線方向として求めるようにしても良
い。この場合には、図示されていないが、図１の補正量
演算部３０に法線方向のベクトルを演算する演算部を適
宜に設け、また、データ記憶部４０に演算した法線方向
のベクトルを記憶する法線ベクトル記憶部を設けるよう
にすれば良い。

【００４１】次に、図３に示す測定工程Ｓ２における測
定ヘッド１０の測定子１１における中心の位置（ｘ₀ ，
ｘ₀ ，ｚ₀ ）を求める方法と手段に就いて略説する。す
なわち、この測定子１１の中心位置（ｘ₀ ，ｙ₀ ，
ｚ₀ ）を測定する場合には、例えば工作機械Ｍのテーブ
ル１２等に設けられた非接触式の工具先端位置検出装置
等を用いて測定子１１の先端部の位置検出を行って、測
定子１１の外径寸法、最先端点の位置を求めることによ
り、中心位置を簡単に求めることができる。このような
非接触式工具先端位置検出装置は、既に市販等で周知で
あるが、典型的なものとしては、例えば、本願出願人の
出願に係る特願平８−３１１４３２号に開示されている
ものがある。すなわち、この特願平８−３１１４３２号
に開示された装置では、工作機械のテーブル上に設置し
た割出回転可能な旋回台に投光器と受光器との間に１本
の光線を投射するように設け、該光線を遮断すると測定
信号ないしスキップ信号が送出されるようにし、このよ
うな１本の光線を利用して既知のマスタ工具と実用工具
とを工作機械の相対移動により該光線を遮断するように
移動させて夫々の三次元座標値におけるマスタ工具の座
標値を基準とし、実用工具の工具先端位置を検出する装
置が開示されている。このような光線を利用した非接触
式の工具先端位置検出装置の他にレーザー光線やライン
センサを利用した工具計測装置等が種々周知にされてい
るので、このような非接触式工具先端位置検出装置を利
用すれば、本発明に係る測定ヘッド１０の測定子１１に
おける先端位置や外径寸法を検出して容易に測定子１１
の中心位置（ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ）を求めることができる
のである。このようにして求めた測定子１１の中心位置
（ｘ₀ ，ｙ₀ ，ｚ₀ ）を既知である主軸９の軸心と三次
元空間内において対比すれば、図３の測定工程Ｓ３にお
ける測定子１１の偏心量（ΔＸ，ΔＹ）及び偏差量（Δ
Ｚ）を求め得ることは自明であり、求めた偏心量（Δ
Ｘ，ΔＹ）及び偏差量（ΔＺ）は、偏心・偏差量記憶部
４１に工程Ｓ４で記憶する。

【００４２】次に、図３の測定工程Ｓ５、Ｓ６に示す測
定ヘッド１０の測定子１１の法線方向毎に異なる押代Ｐ
Ｌを校正手段を用いて求め、押代データテーブルを作成
する方法の一実施形態を説明する。まず、図５に示す既
知半径Ｒを有した校正球７２を校正手段として用いるこ
とにより、測定ヘッド１０の測定子１１の押代ＰＬｎを
求める原理を説明する。

【００４３】すなわち、例えば工作機械Ｍのテーブル１
２上に校正球７２を設置し、この校正球７２の球半径を
測定ヘッド１０の測定子１１によって実測することによ
り、測定子１１の押代ＰＬｎを求めるものである。この
場合には、先ず、予め周知のインジケータ装置を工作機
械Ｍの主軸９に装着して校正球７２の表面にインジケー
タ装置を当接させて同一振れ目盛りを示す少なくとも４
点位置の三次元座標値を読み取ることにより、校正球７
２の中心位置を求める。

【００４４】次いで、工作機械Ｍの主軸９に測定ヘッド
１０を装着し、その測定子１１によって校正球７２の求
めた中心位置と球面上の任意の４測定点とを結ぶ直線、
つまり各測定点に立てた法線方向を求める。その後、測
定子１１を、３軸方向への送りり手段、例えば、工作機
械ＭのＸ，Ｙ，Ｚ方向の送り機構Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚの送
り駆動によって校正球７２の表面の目標とする測定点に
関する測定開始点へ、図２に示したワークＷの測定工程
の場合と同様にして位置決めする。すなわち、この測定
開始点への位置決めには、既に求めた測定子１１の偏心
量（ΔＸ，ΔＹ）、偏差量（ΔＺ）を勘案して測定子１
１の中心位置が接近動作のための法線上に来るように位
置決めする。次に、校正球７２の４つの測定点の位置へ
それぞれの法線方向から接近動作させて測定子１１によ
る接触に応じて測定信号が測定ヘッド１０から発せられ
る都度、測定信号検出部２１（図１参照）で検出し、そ
のとき、位置検出部１９において校正球７２上の４測定
点の三次元座標値を検出する。これらの４つの測定点の
座標値から定義される球面の半径Ｒｓを演算する。そし
てこの演算結果から得られた実測値としての校正球７２
の半径Ｒｓと、測定子１１の半径ｒと既知の半径値Ｒと
の間には押代ＰＬｎが介在するので、 ＰＬｎ＝（Ｒ＋ｒ）−（Ｒｓ） ・・・・（７） の式（７）から測定子１１の法線方向に対応した押代Ｐ
Ｌｎを求めることができるのである。

【００４５】さて、上述した測定ヘッド１０の測定子１
１の押代ＰＬｎは、既述のように、その測定時における
接近動作方向、つまり、種々の測定点に対する法線方向
が異なる毎に、一般的には異なった押代を呈する。この
ため、本発明は、予め測定子１１の押代が法線方向によ
り異なることを考慮して、図６に略示するように、校正
球７２の球面の複数の選定した校正点にそれぞれの法線
方向から接近動作させることにより、上記式（７）によ
り演算される押代ＰＬｎを複数個求め、しかもこれらの
複数個の押代ＰＬ１，ＰＬ２，・・・ＰＬｎ・・ＰＬ１
ｍ，ＰＬ２ｍ・・・ＰＬ４ｍ・・・と、校正球面におけ
る各点の位置を一義的に定める緯度φ、経度θと対応さ
せて押代データテーブルを作成する。図６には、この押
代データテーブルも図示されている。ここで、校正球面
における各点の位置に対応して１つの法線方向が定まる
ので、押代データテーブルの緯度φ、経度θで示す位置
は、１つの法線方向に対応していることは言うまでもな
い。故に、図６に図示の押代データテーブルは、測定子
１１の種々の法線方向に対応した押代を示すものと理解
することができる点に注目を要する。

【００４６】このようにして作成された押代データテー
ブルは、データ記憶部４０の押代データ記憶部４３（図
１参照）に記憶される（図３の工程Ｓ６）。次に、この
ように押代データ記憶部４３に記憶された押代データテ
ーブルからワークＷの各測定目標点Ｐ1,Ｐ2,・・・Ｐｎ
の測定時に、測定子１１が呈する押代ＰＬ（ＰＬ_X, Ｐ
Ｌ_Y, ＰＬ_Z) を演算して求める工程Ｓ７に就いて、図６
〜図９を用いて説明する。

【００４７】いま、ワークＷの測定目標点Ｐ1,Ｐ2,・・
・Ｐｎにおいて代表的に測定目標点Ｐ1 を測定ヘッド１
０の測定子１１によって測定する場合を考察する。この
ときには、既述のように、測定目標点Ｐ1 における法線
方向を予め測定プログラムＭＲＰで指令される法線方向
または図７に基づいて説明したように、測定目標点Ｐ1
の近傍点の座標値を実測し、これらの実測座標値で定ま
る測定目標点Ｐ１を含む狭小平面Ｍの法線ＶＬの方向に
選定する。

【００４８】次いで、同測定目標点Ｐ1 を測定子１１が
測定する場合の押代ＰＬ（ＰＬ_X,ＰＬ_Y, ＰＬ_Z) を法線
ＶＬに直接、対応した法線方向の押代データテーブル
（図６参照）から得ることは難しい。つまり、測定目標
点Ｐ1,Ｐ2,・・・Ｐｎの全点を網羅する程、押代データ
テーブルは押代を記憶している訳ではないからである。
よって、法線ＶＬに近い法線を押代データテーブルの緯
度φ、経度θの中から複数個選定する。一例として、４
つの法線を選定したものとする。このような４つの法線
を持つ４点は、当然に校正球７２（図５、図６参照）の
表面上の４点Ｑ1,Ｑ2,Ｑ3,Ｑ4 であり、測定目標点Ｐ1
における法線ＶＬに相当する法線方向を有した校正球面
上の点（これを対応して点Ｐ1 とする) は、図９に示す
ように、校正球面上において上記の４点Ｑ1,Ｑ2,Ｑ3,Ｑ
4 の内部にある。図９における４点Ｑ1,Ｑ2,Ｑ3,Ｑ4 お
よび点Ｐ1 の領域Ｌを取り出して図示したものが図７、
図８である。

【００４９】図８を参照すると、４点Ｑ1,Ｑ2,Ｑ3,Ｑ4
における夫々の法線方向に対応した測定子１１の押代が
押代ベクトルＰＬ1m, ＰＬ2m, ＰＬ3m, ＰＬ4mであった
とするなら、まず、点Ｑ1,Ｑ4 の間および点Ｑ2,Ｑ3 の
間を結ぶ円弧状線と、点Ｐ1を通る円弧状線との交点と
して求まる点Ｑ5,Ｑ6 を求め、Ｑ2,Ｑ5 とＱ5,Ｑ3 との
円弧状線の長さ比率から点Ｑ5 における押代ベクトルを
点Ｑ2,Ｑ3 における押代ベクトルの比率配分で演算して
求め、同様に、点Ｑ6 についても同じような演算手法に
よって同点Ｑ6 の押代ベクトルを求める。次いで、点Ｑ
5,Ｐ1 間及び点Ｐ1,Ｑ6 間の円弧状線の長さ比率に基づ
いて点Ｑ5,Ｑ6,の押代ベクトルを比率配分で演算して究
極的に点Ｐ1 における押代ＰＬ（ＰＬ_X, ＰＬ_Y, ＰＬ_Z)
を求めるものである。このような演算は、図１に示す
測定用押代演算部５４において遂行する。かくして求め
た測定目標点Ｐ1 の押代ＰＬ（ＰＬ_X, ＰＬ_Y, ＰＬ_Z)
を用いて押代補正部５５において、ワークＷの測定目標
点Ｐ1 における実測した座標値（ｘ，ｙ，ｚ）に対して
補正を行うようにすれば良いのである。

【００５０】以上に記載したように、測定工程Ｓ２〜Ｓ
７を経て測定ヘッド１０の測定子１１が有する偏心量
（ΔＸ，ΔＹ）及び偏差量（ΔＺ）と測定時の接近動作
方向、つまり法線方向に対応した押代ＰＬ（ＰＬｘ，Ｐ
Ｌｙ，ＰＬｚ）を求め、測定工程Ｓ８〜Ｓ１０を遂行す
れば測定目標点Ｐ1 の補正された座標値（Ｈ_X, Ｈ_Y, Ｈ
_Z) を求めることができるのである。従って、更に図４
のフローチャートにおける測定工程Ｓ１１に示すよう
に、各測定目標点Ｐ2 〜Ｐｎに就いても同様の測定工程
を測定ヘッド１０の測定子１１によって繰り返し遂行す
れば、全ての測定点Ｐ1 〜Ｐｎに就いて補正された座標
値（Ｈ_X, Ｈ_Y, Ｈ_Z) を求めることができる。故に、こ
れらの補正された全座標値（Ｈ_X, Ｈ_Y, Ｈ_Z) を用いて
ワーク形状寸法演算部５７（図１参照）によって三次元
空間における座標値を連接して形状寸法を求める演算を
実行すれば、図４の測定工程Ｓ１２で示すように、ワー
クＷの形状寸法の測定を高精度の実行することができる
のである。

【００５１】上述では、工作機械Ｍの主軸９に測定子１
１を有する測定ヘッド１０を装着した場合、つまり、主
軸９に装着された測定ヘッド１０の測定子１１の中心位
置の座標値（ｘ₀, ｙ₀, ｚ₀)と主軸９の軸心とのずれ分
に当たる偏心量（ΔＸ，ΔＹ）及び主軸９の軸心方向に
おける所定の基準位置からのずれ分に当たる偏差量（Δ
Ｚ）が既存していることを前提にして、ワークＷの形状
寸法測定方法を説明した。しかし、三次元測定機等を利
用してワークＷの形状寸法測定を行うときには、一般的
にその測定プログラムは測定ヘッドの測定子の中心を基
準にして作成されるので、前記偏心量及び偏差量を考慮
する必要はなく、測定ヘッドに不可避的に包含され、測
定方向に応じて異なる押代のみを測定座標値に対して補
正すれば良いのである。

【００５２】

【発明の効果】以上、本発明の種々の実施形態を含めた
説明から明らかなように、本発明によれば、ワークの形
状寸法を、主軸に装着した測定ヘッドの測定子により測
定することが可能であるとともに、同測定ヘッドの測定
子の中心位置が主軸軸心に対して偏心および偏差を有し
て装着されていても、更には測定ヘッドに不可避的に包
含され、測定時の接近方向に応じて異なる押代を持つ押
代特性を呈する場合であっても、その測定時の押代を予
め求めた押代データテーブルから演算的に求め、求めた
押代で測定点の座標値を補正することが可能であり、従
って、ワークの形状寸法を高精度に測定することができ
るのである。

【００５３】なお、上述した本発明の測定装置において
主軸に装着される測定ヘッドは、接触式の測定子を有す
る場合であっても、非接触式の測定子を有する場合であ
っても、主軸に対して測定ヘッドに工具に代えて装着す
ることに伴う偏心、偏差の発生は不可避であり、また非
接触式の測定ヘッド、例えば、電気容量式またはうず電
流式の測定ヘッドの測定子であってもワークの測定目標
点の座標検出においては一定の閾値が接触式の測定ヘッ
ドで言うところの押代に相当して既存することから、本
発明の測定方法、測定装置の作用原理に基づいて測定を
実施すれば、高精度のワーク形状寸法の測定が実施可能
であることは容易に理解できよう。

【００５４】また、上述した実施形態では、校正手段と
して既知半径Ｒを有した校正球を用いて押代データテー
ブルを作成し、それから演算的にワークの測定目標点に
おける押代を求めるようにしたが、校正手段としては校
正球に限るものではなく、例えば、ワークと合同形状の
マスタワークを校正手段に用いて押代データテーブルを
作成する等の手法、原理を採用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るワークの形状寸法の測定方法を実
施するために用いられる測定装置の全体的構成を示すブ
ロック図である。

【図２】主軸に装着された測定ヘッドの測定子が主軸軸
心に対して偏心、偏差し、かつ測定子が接近方向に異な
る押代を有した状態で、ワークの測定目標点を本発明に
よる測定方法によって測定を実施する場合の測定過程を
説明するための略示説明図である。

【図３】本発明によるワークの形状寸法測定を実施する
場合のフローチャートの前半部分である。

【図４】本発明によるワークの形状寸法測定を実施する
場合のフローチャートの後半部分である。

【図５】既知の半径寸法を有した基準校正球を校正手段
に用いて、例えば、工作機械のテーブル上に設置し、主
軸に装着した測定ヘッドの測定子が有する押代を検出す
る工程を説明するための略示説明図である。

【図６】基準校正球の球表面における複数の押代測定点
に対して、該押代測定点のそれぞれに一義的に決まる法
線方向から測定ヘッドの測定子を接近させることによ
り、押代測定点の位置、従って法線方向と対応して該測
定子の押代を求め、押代データテーブルを得る過程を説
明する説明図である。

【図７】ワークの目標測定点Ｐ₁ における法線ベクトル
の求め方の一例と、同点Ｐ₁ における押代を基準校正球
を用いて得た押代データテーブルの複数点Ｑ₁ 、Ｑ₂ 、
Ｑ₃ 、Ｑ₄ から得た複数の押代に基づいて演算する過程
を説明する略示説明図である。

【図８】同様に、ワークの目標測定点Ｐ₁ における押代
を基準校正球を用いて得た押代データテーブルの複数点
Ｑ₁ 、Ｑ₂ 、Ｑ₃ 、Ｑ₄ から得た複数の押代に基づいて
演算する過程を説明する略示説明図である。

【図９】上記の点Ｐ₁ 、Ｑ₁ 、Ｑ₂ 、Ｑ₃ 、Ｑ₄ を基準
校正球の表面にプロットした様子を示す平面図である。

【図１０】一般的に工作機械の主軸に装着された測定ヘ
ッドが有する測定子（接触式の球状測定フィーラの例を
示す）によってワーク等の被測定対象物の測定目標点を
測定する際において、主軸軸心と測定子の中心とが正し
く一致した状態で測定開始点から測定目標点へ同点に立
てた法線方向にアプローチ（接近動作）させた場合の状
況を模式的に説明するための略示説明図である。

【図１１】主軸の軸心に対する測定ヘッドの測定子中心
の偏心量と偏差量とを模式的に示すための略示説明図で
ある。

【図１２】工作機械の主軸に装着された測定ヘッドが有
する測定子（接触式の球状測定フィーラの例を示す）に
よってワーク等の被測定対象物の測定目標点を測定する
際において、主軸軸心と測定子の中心とが不一致のまま
で測定開始点から測定目標点へ同点に立てた法線方向に
アプローチ（接近動作）させた場合の状況を模式的に説
明するための略示説明図である。

【符号の説明】

９…主軸 １０…測定ヘッド １１…測定子 １３…測定プログラム読取部 １５…動作指令部 １７…軸移動制御部 １９…位置検出部 ２１…測定信号検出部 ３０…補正量演算部 ３１…偏心・偏差量演算部 ３３…校正用押代演算部 ４０…データ記憶部 ４１…偏心・偏差量記憶部 ４３…押代データ記憶部 ５０…測定値演算部 ５１…測定座標値検出部 ５３…偏心・偏差量補正部 ５４…測定用押代演算部 ５５…押代補正部 ５７…ワーク形状寸法演算部 ７２…基準校正球 Ｍ…工作機械 Ｗ…ワーク ＭＲＰ…測定プログラム

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークの表面の座標値を主軸に装着した
   測定ヘッドの測定子によって測定するワークの形状寸法
   測定方法において、 既知寸法を有した所定の校正手段の複数の校正用測定点
   へ向かう各法線方向に沿って前記測定ヘッドの測定子を
   漸近移動させることにより前記測定子の各法線方向での
   押代Ｌｎを求め、 前記求めた測定ヘッドの測定子の各法線方向での押代Ｐ
   Ｌｎを前記各法線方向と対応付けて記憶し、 前記ワークの測定点の位置及び前記測定点に対応した測
   定開始点の位置への移動指令を含んで予め作成された測
   定手順に基づいて、前記主軸と前記ワークとを相対移動
   させ、前記測定ヘッドの測定子を前記測定開始点へ位置
   決めし、 前記測定ヘッドの測定子を前記測定開始点から前記測定
   点へ向かう法線方向に沿って漸近移動させ、該測定点に
   おける測定信号を受信したときの前記測定点の座標値
   （ｘ，ｙ，ｚ）を検出して、取り込み、 前記測定点の近傍の複数の法線方向を選定し、該選定し
   た複数の法線方向に対応する複数の押代から演算により
   前記ワークの測定時の法線方向に応じた押代ＰＬを求
   め、 前記取り込まれた測定点の座標値（ｘ，ｙ，ｚ）に対し
   て前記求めた押代ＰＬにより補正をした前記測定点の座
   標値（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）を求め、 前記補正された測定点の座標値（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）か
   ら前記ワークの形状寸法の測定値を演算する、ことを特
   徴としたワークの形状寸法測定方法。
2. 【請求項２】 ワークの表面の座標値を主軸に装着した
   測定ヘッドの測定子によって測定するワークの形状寸法
   測定方法において、 前記主軸に装着された前記測定ヘッドの測定子の中心位
   置の座標値（ｘ₀, ｙ₀, ｚ₀）と前記主軸の軸心とのず
   れ分に当たる偏心量（ΔＸ，ΔＹ）及び前記主軸の軸心
   方向における所定の基準位置からのずれ分に当たる偏差
   量（ΔＺ）を求め、 前記偏心量（ΔＸ，ΔＹ）及び偏差量（ΔＺ）を記憶
   し、 既知寸法を有した所定の校正手段の複数の校正用測定点
   に向かう各法線方向に沿って前記測定ヘッドの測定子を
   漸近移動させることにより前記測定子の各法線方向での
   押代ＰＬｎを求め、 前記求めた測定ヘッドの測定子の各法線方向での押代Ｐ
   Ｌｎを前記各法線方向と対応付けて記憶し、 前記ワークの測定点の位置及び前記測定点に対応した測
   定開始点の位置への移動指令を含んで予め作成された測
   定手順に基づいて、前記主軸と前記ワークとを相対移動
   させ、前記測定ヘッドの測定子を前記記憶した偏心量
   （ΔＸ、ΔＹ）及び偏差量（ΔＺ）を前記測定開始点の
   位置に取り込んで求めた測定開始点へ位置決めし、 前記測定ヘッドの測定子を前記求めた測定開始点から前
   記測定点へ向かう法線方向に沿って漸近移動させ、該測
   定点における測定信号を受信したときの前記測定点の座
   標値（ｘ，ｙ，ｚ）を検出して、取り込み、 前記測定点の近傍の複数の法線方向を選定し、該選定し
   た複数の法線方向に対応する複数の押代から演算により
   前記ワークの測定時の法線方向に応じた押代ＰＬを求
   め、 前記取り込まれた測定点の座標値（ｘ，ｙ，ｚ）に対し
   て前記求めた押代ＰＬと前記記憶した偏心量（ΔＸ，Δ
   Ｙ）及び偏差量（ΔＺ）とにより補正した前記測定点の
   座標値（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）を求め、 前記補正された測定点の座標値（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）か
   ら前記ワークの形状寸法の測定値を演算する、ことを特
   徴としたワークの形状寸法測定方法。
3. 【請求項３】 ワークの表面の座標値を主軸に装着した
   測定ヘッドの測定子によって測定するワークの形状寸法
   測定装置において、 前記測定ヘッドの測定子を既知寸法を有した所定の校正
   手段の複数の校正用測定点へ向かう各法線方向に沿って
   漸近移動させることにより前記測定子の各法線方向での
   押代ＰＬｎを求める校正用押代演算手段と、 前記求めた測定ヘッドの測定子の各法線方向での押代Ｐ
   Ｌｎを前記各法線方向と対応付けて記憶する押代記憶手
   段と、 前記ワークの測定点の位置及び前記測定点に対応した測
   定開始点の位置への移動指令を含んで予め作成された測
   定手順に基づいて、前記主軸と前記ワークとを相対移動
   させ、前記測定ヘッドの測定子を前記測定開始点へ位置
   決めし、かつ前記測定開始点から前記測定点へ向かう法
   線方向に沿って漸近的に測定移動せしめる測定子移動手
   段と、 前記測定子移動手段によって前記測定ヘッドの測定子を
   前記測定開始点から前記測定点へ向かう法線方向に沿っ
   て漸近移動させ、前記測定点における測定信号を受信し
   たときの前記測定点の座標値（ｘ，ｙ，ｚ）を読み取る
   測定座標値読取り手段と、 前記測定点の近傍の複数の法線方向を選定し、該選定し
   た複数の法線方向に対応する複数の押代から前記ワーク
   の測定時の法線方向に応じた押代ＰＬを求める測定用押
   代演算手段と、 前記測定座標値読取り手段によって読み取った前記測定
   点の座標値（ｘ，ｙ，ｚ）に対して、前記測定用押代演
   算手段で求めた押代ＰＬにより補正をした前記測定点の
   座標値（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）を求める補正座標値演算手
   段と、を具備し、前記補正座標値演算手段によって補正
   した前記ワークの測定点の座標値（Ｈｘ，Ｈｙ，Ｈｚ）
   から前記ワークの形状寸法を演算、測定することを特徴
   としたワークの形状寸法測定装置。
4. 【請求項４】 ワークの表面の座標値を主軸に装着した
   測定ヘッドの測定子によって測定するワークの形状寸法
   測定装置において、 前記主軸に装着された前記測定ヘッドの測定子の中心位
   置の座標値（ｘ₀，ｙ₀，ｚ₀）と前記主軸の軸心とのず
   れ分に当たる偏心量（ΔＸ，ΔＹ）及び前記主軸の軸心
   方向における所定の基準位置からのずれ分に当たる偏差
   量（ΔＺ）を求める偏心・偏差量演算手段と、 前記偏心量（ΔＸ，ΔＹ）及び偏差量（ΔＺ）を記憶す
   る偏心・偏差量記憶手段と、 前記測定ヘッドの測定子を既知寸法を有した所定の校正
   手段の複数の校正用測定点へ向かう各法線方向に沿って
   漸近移動させることにより前記測定子の各法線方向での
   押代ＰＬｎを求める校正用押代演算手段と、 前記求めた前記測定ヘッドの測定子の各法線方向での押
   代ＰＬｎを前記各法線方向と対応付けて記憶する押代記
   憶手段と、 前記ワークの測定点の位置及び前記測定点に対応した測
   定開始点の位置への移動指令を含んで予め作成された測
   定手順に基づいて、前記主軸と前記ワークとを相対移動
   させ、前記測定ヘッドの測定子を前記測定開始点の位置
   に前記偏心・偏差量記憶手段で記憶した偏心量（ΔＸ，
   ΔＹ）及び偏差量（ΔＺ）を取り込んで求めた測定開始
   点へ位置決めし、かつ前記求めた測定開始点から前記測
   定点へ向かう法線方向に沿って漸近的に測定移動せしめ
   る測定子移動手段と、 前記測定子移動手段によって前記測定ヘッドの測定子を
   前記求めた測定開始点から前記測定点へ向かう法線方向
   に沿って漸近移動させ、前記測定点における測定信号を
   受信したときの前記測定点の座標値（ｘ，ｙ，ｚ）を読
   み取る測定座標値読取り手段と、 前記測定点の近傍の複数の法線方向を選定し、該選定し
   た複数の法線方向に対応する複数の押代から前記ワーク
   の測定時の法線方向に応じた押代ＰＬを求める測定用押
   代演算手段と、 前記測定座標値読取り手段によって読み取った前記測定
   点の座標値（ｘ，ｙ，ｚ）に対して、前記測定用押代演
   算手段で求めた押代ＰＬと前記偏心・偏差量記憶手段で
   記憶した偏心量（ΔＸ，ΔＹ）及び偏差量（ΔＺ）とに
   より補正をした前記測定点の座標値（Ｈｘ, Ｈｙ, Ｈ
   ｚ）を求める補正座標値演算手段と、を具備し、前記補
   正座標値演算手段によって補正した前記ワークの測定点
   の座標値（Ｈｘ, Ｈｙ, Ｈｚ）から前記ワークの形状寸
   法を演算、測定することを特徴としたワークの形状寸法
   測定装置。