JP2018084488A - 三次元測定機の測定方法及び三次元測定機 - Google Patents

Abstract

【課題】加工機による測定要素の加工誤差を高精度に求めることが可能な測定要素の測定結果が得られる三次元測定機の測定方法、及び三次元測定機を提供する。【解決手段】ワークには、ワーク座標系の基準となる第１測定基準点及び第２測定基準点が設けられ、測定要素は第１測定基準点からオフセットされた第１加工基準点と第２測定基準点からオフセットされた第２加工基準点とを基準位置として加工されたものであり、第１測定基準点に対する第１加工基準点の第１相対位置を算出する第１相対位置算出工程と、第２測定基準点に対する第２加工基準点の第２相対位置を算出する第２相対位置算出工程と、第１相対位置算出工程で算出された第１相対位置と第２相対位置算出工程で算出された第２相対位置とに基づいて、ワーク座標系を補正した補正ワーク座標系を設定する補正ワーク座標系設定工程と、を有する。【選択図】図７

Description

本発明は、ワークの測定点の座標値を測定する三次元測定機の測定方法及び三次元測定機に関する。

従来、プローブの位置姿勢（位置及び姿勢）を変位させる駆動部を有し、このプローブを測定対象物であるワーク内の円穴等の測定要素の測定点に接触させて測定点の座標値を測定し、この測定結果に基づき測定要素の位置、寸法、及び形状等の測定を行う三次元測定機が知られている（特許文献１及び特許文献２参照）。

このような三次元測定機では、ワークの測定要素の測定に先立って、ワークを基準とした（ワーク上に定義された）原点及び座標軸を示すワーク座標系の設定が行われる（特許文献３参照）。このワーク座標系の設定工程は、空間補正工程、原点設定工程、及び基準軸設定工程を有する。

図２０は、一般的な空間補正工程の説明図である。この図２０中の互いに直交するＸ_０Ｙ_０Ｚ_０の３軸は三次元測定機の固有の機械座標系の基準軸であり、符号１００は機械座標系の原点である。図２０に示すように、空間補正工程では、三次元測定機のプローブによって平面１０４の任意の３点以上の座標値を測定し、それらの座標値に基づいて、ワーク１０２の平面１０４と基準Ｚ_０軸との交点１０６、及び平面１０４の法線ベクトル１０８を決定する。

次に、三次元測定機は、基準Ｚ_０軸を平面１０４の法線ベクトル１０８と平行にする。これにより、図中の実線で示されたＸ_０Ｙ_０Ｚ_０座標系が、図中の短破線で示されたＸ_１Ｙ_１Ｚ_１座標系に空間補正される。

次に、三次元測定機は、原点１００を交点１０６に平行移動させる。これにより、Ｘ_１Ｙ_１Ｚ_１座標系が、図中の長破線で示されたＸ_２Ｙ_２Ｚ_２座標系に空間補正される。以上の空間補正工程を経ることにより、ワーク座標系のＺ軸の方向、及びワーク座標系のＺ軸の原点１００が設定される。

図２１は、一般的な原点設定工程の説明図である。図２１に示すように、原点設定工程では、プローブによって平面１０４に形成されている第１測定基準穴１１０を測定する。具体的には、プローブによって、第１測定基準穴１１０の中心測定に必要な第１測定基準穴１１０の内周面上の複数の測定点の座標値を測定する。三次元測定機は、各測定点の座標値の測定結果に基づき、第１測定基準穴１１０の中心１１２を求める。

次に、三次元測定機は、第１測定基準穴１１０の中心１１２にＺ軸の原点１００を平行移動させる。これにより、図中の実線で示されたＸ_２Ｙ_２Ｚ_２座標系が、図中の破線で示されたＸ_３Ｙ_３Ｚ_３座標系に補正される。以上の原点設定工程を経ることにより、ワーク座標系ＣＳ（図２２参照）のＸＹ軸の原点がＸ_３Ｙ_３Ｚ_３座標系の原点として設定される。

図２２は、一般的な基準軸設定工程の説明図である。図２２に示すように、基準軸設定工程では、プローブによって平面１０４に形成されている第２測定基準穴１１４を測定する。具体的には、プローブによって、第２測定基準穴１１４の中心測定に必要な第２測定基準穴１１４の内周面上の複数の測定点の座標値を測定する。三次元測定機は、各測定点の座標値の測定結果に基づき、第２測定基準穴１１４の中心１１６を求める。

次いで、三次元測定機は、ワーク座標系ＣＳのＸＹ軸の原点（第１測定基準穴１１０の中心１１２）を支点としてＸ_３軸を、第２測定基準穴１１４の中心１１６を通る位置まで回転させる。ここで図中の符号αは、Ｘ_３軸を回転させる角度を示している。これにより、図中の実線で示されたＸ_３Ｙ_３座標系が、図中の破線で示されたＸ_４Ｙ_４座標系に補正される。以上の基準軸設定工程を経ることにより、ワーク座標系ＣＳのＸＹ軸の方向としてＸ_４Ｙ_４座標系が設定される。

このように、空間補正工程と原点設定工程と基準軸設定工程とを経ることにより、Ｘ_４軸がワーク座標系ＣＳのＸ軸とされ、Ｙ_４軸がワーク座標系ＣＳのＹ軸とされ、Ｚ_３軸がワーク座標系ＣＳのＺ軸とされる。以上でワーク座標系ＣＳの設定が終了する。このワーク座標系ＣＳを設定した後、ワーク１０２の測定要素である例えば第１円穴１１８及び第２円穴１２０のそれぞれの測定点の座標値を三次元測定機によって測定し、第１円穴１１８及び第２円穴１２０の位置、寸法、及び形状等を測定する。

特開２００７−３３０５２号公報 特開平７−１３９９３６号公報 特開平７−２７０１５２号公報

ところで、既述の図２０から図２２に示したワーク１０２の測定要素である第１円穴１１８及び第２円穴１２０は、加工機によってドリル等でワーク１０２に加工（形成）される。具体的に、加工機はワーク１０２を支持するテーブルを有し、このテーブルにはワーク１０２をテーブルに位置決めするための第１ピン及び第２ピンが突設されている。そして、第１ピンにワーク１０２の第１測定基準穴１１０を挿通し、第２ピンにワーク１０２の第２測定基準穴１１４を挿通することによりワーク１０２がテーブルに位置決めされ、この状態で加工機はワーク１０２に第１円穴１１８及び第２円穴１２０等を加工する。

この際に、第１ピンと第１測定基準穴１１０（第１測定基準点）との間、及び第２ピンと第２測定基準穴１１４（第２測定基準点）との間には、それぞれの寸法公差に起因してガタ（隙間）が生じる。このため、第１測定基準穴１１０を第１ピンに対し、且つ第２測定基準穴１１４を第２ピンに対してそれぞれ一方向側に片寄せ（オフセット）することによりワーク１０２のガタ付きを防止した状態で、加工機はワーク１０２に第１円穴１１８及び第２円穴１２０を加工する。

このように、加工機による第１円穴１１８及び第２円穴１２０の実際の加工は、第１測定基準穴１１０と第２測定基準穴１１４のそれぞれ中心１１２、１１６を基準にして行われておらず、上述の片寄せの作業によって、第１ピン及び第２ピンのそれぞれの中心軸（第１加工基準点及び第２加工基準点）を基準として行われる。従って、三次元測定機による第１円穴１１８及び第２円穴１２０の測定結果には、第１測定基準穴１１０の中心１１２と第１ピンの中心との第１相対位置であるズレ量、及び第２測定基準穴１１４の中心１１６と第２ピンの中心との第２相対位置であるズレ量、すなわち片寄誤差が含まれる。このため、三次元測定機の測定結果には、加工機による第１円穴１１８及び第２円穴１２０の加工誤差（設計値との誤差）と、上述の片寄誤差との双方が反映される（後述の図１６及び図１７参照）。その結果、三次元測定機の測定結果から加工機の加工誤差（第１加工基準点及び第２加工基準点を基準とする測定結果）を精度良く求めることができず、加工機との互換性を保った測定結果が得られないという問題がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、加工機による測定要素の加工誤差を高精度に求めることが可能な測定要素の測定結果が得られる三次元測定機の測定方法、及び三次元測定機を提供することを目的とする。

本発明の目的を達成するための三次元測定機の測定方法は、ワークに加工された測定要素を三次元測定機で測定する三次元測定機の測定方法において、ワークには、ワークを基準とするワーク座標系を設定して三次元測定機による測定を行う場合にワーク座標系の基準となる第１測定基準点及び第２測定基準点が設けられ、測定要素は第１測定基準点からオフセットされた第１加工基準点と第２測定基準点からオフセットされた第２加工基準点とを基準位置として加工されたものであり、第１測定基準点に対する第１加工基準点の第１相対位置を算出する第１相対位置算出工程と、第２測定基準点に対する第２加工基準点の第２相対位置を算出する第２相対位置算出工程と、第１相対位置算出工程で算出された第１相対位置と第２相対位置算出工程で算出された第２相対位置とに基づいて、ワーク座標系を補正した補正ワーク座標系を設定する補正ワーク座標系設定工程と、を有する。

この三次元測定機の測定方法によれば、補正ワーク座標系を設定することで、ワークに測定要素を加工する際にワークをオフセットさせることに起因して生じる誤差を三次元測定機の測定結果から排除することができる。

本発明の他の態様に係る三次元測定機の測定方法において、三次元測定機内でのワークの位置及び姿勢を取得する位置姿勢取得工程と、三次元測定機で測定要素内の測定点を測定して、三次元測定機の機械座標系で表される測定点の座標値を取得する座標値取得工程と、補正ワーク座標系設定工程で設定された補正ワーク座標系と、位置姿勢取得工程で取得されたワークの位置及び姿勢とに基づき、座標値取得工程で取得された測定点の座標値を、補正ワーク座標系で表された座標値に変換する座標値変換工程と、を有する。これにより、加工機によるワーク加工時にワークを片寄せさせることに起因して生じる片寄誤差を補正して、加工機の加工誤差を高精度に反映した測定要素の測定結果、すなわち、加工機と互換性を保った測定結果が得られる。

本発明の他の態様に係る三次元測定機の測定方法において、第１測定基準点に対する第１加工基準点のオフセット方向と、第２測定基準点に対する第２加工基準点のオフセット方向とが同一方向である。加工機によりワークに測定要素を加工する際にワークを片寄せしてワークのガタ付きを防止する場合に、ワークの片寄せに起因する片寄誤差を三次元測定機の測定結果から排除することができる。

本発明の他の態様に係る三次元測定機の測定方法において、ワークに測定要素を加工する加工機は、第１方向に突設され且つワークの位置決めに用いられる第１ピン及び第２ピンを備え、ワークには、第１ピンより大径で第１ピンが挿入される第１測定基準穴と、第２ピンより大径で第２ピンが挿入される第２測定基準穴とが形成され、ワークは、第１測定基準穴に第１ピンが挿入され且つ第２測定基準穴に第２ピンが挿入され、さらに第１方向に対して垂直な第２方向に片寄せされた状態で、加工機により測定要素が加工され、第１測定基準点は第１測定基準穴の中心であり、第２測定基準点は第２測定基準穴の中心であり、第１加工基準点は第１ピンの中心軸であり、第２加工基準点は第２ピンの中心軸である。加工機によりワークに測定要素を加工する際にワークを片寄せした場合でも、ワークの片寄せに起因する片寄誤差を三次元測定機の測定結果から排除することができる。

本発明の他の態様に係る三次元測定機の測定方法において、第１相対位置算出工程は、第１測定基準穴の中心座標と第１ピンの半径値とを取得し、取得した第１測定基準穴の中心座標と第１ピンの半径値とに基づき第１相対位置を算出し、第２相対位置算出工程は、第２測定基準穴の中心座標と第２ピンの半径値とを取得し、取得した第２測定基準穴の中心座標と第２ピンの半径値とに基づき第２相対位置を算出する。これにより、第１相対位置及び第２相対位置を算出することができる。

本発明の他の態様に係る三次元測定機の測定方法において、第１相対位置算出工程は、第１測定基準穴の中心座標を、三次元測定機による実測により取得又は第１測定基準穴の設計情報から取得し、第２相対位置算出工程は、第２測定基準穴の中心座標を、三次元測定機による実測により取得又は第２測定基準穴の設計情報から取得する。これにより、第１測定基準穴の中心座標と第２測定基準穴の中心座標とを実測することなく、第１相対位置及び第２相対位置を算出することができる。

本発明の目的を達成するための三次元測定機は、ワークに加工された測定要素を測定する三次元測定機において、ワークには、ワークを基準とするワーク座標系を設定して三次元測定機による測定を行う場合にワーク座標系の基準となる第１測定基準点及び第２測定基準点が設けられ、測定要素は第１測定基準点からオフセットされた第１加工基準点と第２測定基準点からオフセットされた第２加工基準点とを基準位置として加工されたものであり、第１測定基準点に対する第１加工基準点の第１相対位置を算出する第１相対位置算出部と、第２測定基準点に対する第２加工基準点の第２相対位置を算出する第２相対位置算出部と、第１相対位置算出部が算出した第１相対位置と第２相対位置算出部が算出した第２相対位置とに基づいて、ワーク座標系を補正した補正ワーク座標系を設定する補正ワーク座標系設定部と、を備える。

本発明の他の態様に係る三次元測定機において、三次元測定機内でのワークの位置及び姿勢を取得する位置姿勢取得部と、三次元測定機で測定要素内の測定点を測定して得られた測定点の座標値であって、且つ三次元測定機の機械座標系で表される測定点の座標値を取得する座標値取得部と、補正ワーク座標系設定部が設定した補正ワーク座標系と、位置姿勢取得部が取得したワークの位置及び姿勢とに基づき、座標値取得部が取得した測定点の座標値を、補正ワーク座標系で表された座標値に変換する座標値変換部と、を備える。

本発明の三次元測定機の測定方法及び三次元測定機は、加工機による測定要素の加工誤差を高精度に求めることが可能な測定要素の測定結果が得られる。

三次元測定機の外観斜視図である。 加工機によるワークへの第１円穴及び第２円穴の加工を説明するための説明図である。 ワークを矢印Ａ１方向側［Ｙ軸の（−）方向側］に片寄せした場合の第１ピンに対する第１測定基準穴の第１相対位置と、第２ピンに対する第２測定基準穴の第２相対位置とを示した模式図である。 図３中のＹ軸方向に沿ったワークの断面図である。 プローブヘッドの外観斜視図である。 コンピュータの機能ブロック図である。 ワーク座標系設定部が補正ワーク座標系の設定を行う補正ワーク座標系設定工程の流れを示すフローチャートである。 図７のステップＳ２Ａ及びステップＳ２Ｂの工程を説明するための説明図である。 図７のステップＳ２ＣからステップＳ２Ｅの工程を説明するための説明図である。 図７のステップＳ３Ａの工程を説明するための説明図である。 図７のステップＳ３Ｂの工程を説明するための説明図である。 図７のステップＳ３Ｃ及びステップ３Ｄの工程を説明するための説明図である。 図７のステップＳ３Ｅの工程の実行前を説明するための説明図である。 図７のステップＳ３Ｅの工程の実行後を説明するための説明図である。 三次元測定機によるワークの測定処理の流れを示すフローチャートである。 本実施形態の三次元測定機の効果を説明するための説明図である。 図１６の下段のワークの上面図である。 他実施形態での加工機による加工を説明するための説明図である。 他実施形態での三次元測定機による測定を説明するための説明図である。 一般的な空間補正工程の説明図である。 一般的な原点設定工程の説明図である。 一般的な基準軸設定工程の説明図である。

図１は、三次元測定機１０の外観斜視図である。三次元測定機１０は、プローブ１２ａの位置姿勢を変位させながらワーク１０２（図２参照）の測定要素の位置、寸法、及び形状等を測定する。本実施形態では、測定要素として、図２に示すワーク１０２の第１円穴１１８及び第２円穴１２０を測定するが、測定対象となるワーク１０２及びその測定要素の種類（形状）は特に限定はされない。なお、図１中のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、三次元測定機１０に固有の機械座標原点に基づいて定められる機械座標系である。

図２は、加工機１２１によるワーク１０２への第１円穴１１８及び第２円穴１２０の加工（形成）を説明するための説明図である。図２に示すように、ワーク１０２には、例えばノック穴などの第１測定基準穴１１０及び第２測定基準穴１１４が予め加工されている。なお、本実施形態では、第１測定基準穴１１０及び第２測定基準穴１１４は貫通穴であるが、非貫通穴であってもよい。

加工機１２１は、ワーク１０２がセットされるテーブル１２２と、ワーク１０２に第１円穴１１８及び第２円穴１２０等を加工する不図示のドリル等の加工部とを有する。テーブル１２２上には、図１に示したＺ軸方向（本発明の第１方向）に第１ピン１２４及び第２ピン１２６が突設されている。加工機１２１でワーク１０２に加工を行う場合に、第１ピン１２４が第１測定基準穴１１０に挿入され、且つ第２ピン１２６が第２測定基準穴１１４に挿入されることで、テーブル１２２上においてワーク１０２が所定の加工位置に位置決めされる。

この際に、第１測定基準穴１１０は第１ピン１２４よりも僅かに大径に形成され、且つ第２測定基準穴１１４は第２ピン１２６よりも僅かに大径に形成されている。このため、加工時には、テーブル１２２上のワーク１０２が図１に示したＹ軸の一方向側（矢印Ａ１方向側、本発明の第２方向）に片寄せ（付勢、オフセット）される。これにより、第１測定基準穴１１０が第１ピン１２４に対して矢印Ａ１方向側に片寄せされ、且つ第２測定基準穴１１４も第２ピン１２６に対して矢印Ａ１方向側に片寄せされ、テーブル１２２上でワーク１０２をガタ付きなく位置決めすることができる。そして、この状態で加工機１２１の加工部（不図示）によってワーク１０２に第１円穴１１８及び第２円穴１２０を加工する。

図３は、ワーク１０２を矢印Ａ１方向側［Ｙ軸の（−）方向側］に片寄せした場合の第１ピン１２４に対する第１測定基準穴１１０の第１相対位置と、第２ピン１２６に対する第２測定基準穴１１４の第２相対位置とを示した模式図である。図４は、図３中のＹ軸方向に沿ったワーク１０２の断面図である。

図３及び図４に示すように、第１測定基準穴１１０の中心１１２（本発明の第１測定基準点に相当）と、第２測定基準穴１１４の中心１１６（本発明の第２測定基準点に相当）とは、後述の三次元測定機１０での測定基準となる測定基準点である。なお、既述のワーク座標系ＣＳ（図２２参照）は、これら中心１１２，１１６に基づき設定される。

一方、第１ピン１２４の中心軸１２８（本発明の第１加工基準点に相当）と、第２ピン１２６の中心軸１３０（本発明の第２加工基準点に相当）とは、加工機１２１での加工を行う場合の基準位置となる加工基準点である。

ワーク１０２を矢印Ａ１方向側に片寄せした場合、第１測定基準穴１１０の中心１１２に対して第１ピン１２４の中心軸１２８が矢印Ａ１方向側とは反対側の矢印Ａ２方向側［Ｙ軸の（＋）方向側］にオフセットされ、第２測定基準穴１１４の中心１１６に対して第２ピン１２６の中心軸１３０も矢印Ａ２方向側にオフセットされる。すなわち、中心軸１２８，１３０が同一のオフセット方向にオフセットされる。

そして、第１測定基準穴１１０の中心１１２に対する第１ピン１２４の中心軸１２８の第１相対位置を示すＹ軸方向のズレ量ａが、第１測定基準穴１１０及び第１ピン１２４の双方の径の寸法公差によって発生する。また、第２測定基準穴１１４の中心１１６に対する第２ピン１２６の中心軸１３０の第２相対位置を示すＹ軸方向のズレ量ｂが、第２測定基準穴１１４及び第２ピン１２６の双方の径の寸法公差によって発生する。このため、既述のワーク座標系ＣＳ（図２２参照）を設定して、三次元測定機１０で第１円穴１１８及び第２円穴１２０の測定を行った場合、その測定結果には、加工機１２１による加工誤差（第１円穴１１８及び第２円穴１２０の設計値との誤差）の他に、ワーク１０２の片寄せによって生じるズレ量ａ、ｂが片寄誤差として現れる。

そこで、本実施形態の三次元測定機１０では、詳しくは後述するが、ワーク１０２の片寄せによって生じる片寄誤差であるズレ量ａ、ｂを求め、求めたズレ量ａ、ｂに基づき、片寄誤差を含まない第１円穴１１８及び第２円穴１２０の測定結果、すなわち、加工機１２１と互換性を保った測定結果を得る。

図１に戻って、三次元測定機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。

図５は、プローブヘッド１２の外観斜視図である。図５に示すように、プローブヘッド１２は、例えば無段階位置決め機構を備えた５軸同時制御プローブヘッドであり、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。なお、プローブ１２ａの種類は特に限定されるものではない。

プローブヘッド１２には、プローブ１２ａを互いに直交する２つの回転軸θ１及び回転軸θ２（図１参照）の軸周りに回転させるモータ等の第１駆動部２８（図６参照）が設けられている。これにより、プローブ１２ａの回転軸θ１の軸周りの回転角φと、プローブ１２ａの回転軸θ２の軸周りの回転角θとをそれぞれ無段階に調整することができるので、スタイラス１２ｂの姿勢を任意に変位（回転）させることができる。

図１に戻って、三次元測定機１０には、図示は省略するが、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、を含む第２駆動部３０（図６参照）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。これらの第１駆動部２８及び第２駆動部３０によって、プローブ１２ａの位置姿勢が変位自在となり、プローブ１２ａを任意に変位（移動及び回転）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θ、φ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。三次元測定機１０は、ＸＹＺ軸方向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１０２の第１円穴１１８及び第２円穴１２０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軸方向の座標値を検出する。

三次元測定機１０は、第１駆動部２８及び第２駆動部３０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。従って、駆動コントローラ３２は、自動測定モード時には後述のコンピュータ３４の制御の下、第１駆動部２８及び第２駆動部３０を制御して、プローブ１２ａの位置姿勢を変位させる。

また、駆動コントローラ３２には、スタイラス１２ｂ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に対する操作入力に応じて、第１駆動部２８及び第２駆動部３０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軸方向検出ヘッド（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１０２の第１円穴１１８及び第２円穴１２０の測定点に接触したことを検知した瞬間に、ＸＹＺ軸方向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、第１円穴１１８及び第２円穴１２０の各測定点のＸＹＺ軸方向の座標値を検出する。各測定点の座標値は、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、例えば、後述の補正ワーク座標系ＣＳＨ（図６参照）の設定と、補正マトリクスＭＨ（図６参照）の生成と、定盤１６上でのワーク１０２の位置姿勢の取得と、第１円穴１１８及び第２円穴１２０の各測定点の座標値の取得と、を含む各種の測定作業を実行する。

また、コンピュータ３４は、三次元測定機１０の自動測定モード時においては、駆動コントローラ３２を介して第１駆動部２８及び第２駆動部３０（図６参照）を駆動制御して、プローブ１２ａにより第１円穴１１８及び第２円穴１２０の測定点を自動測定する。

表示部３８は、コンピュータ３４に接続されている。コンピュータ３４は、三次元測定機１０における諸情報、例えば、プローブ１２ａによる測定位置、及び操作指示等を表示部３８に表示させる。

［コンピュータの機能］
図６は、コンピュータ３４の機能ブロック図である。図６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、不図示のメモリ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、表示制御部４２と、記憶部４３と、設計情報取得部４４と、ワーク座標系設定部４５と、位置姿勢取得部４６と、座標値取得部４７と、座標値変換部４８と、測定結果取得部５０として機能する。

表示制御部４２は、表示部３８の表示を制御する。記憶部４３には、前述のソフトウエアプログラム３４ａの他に、詳しくは後述するパートプログラム４９及び補正ワーク座標系ＣＳＨ等の三次元測定機１０による測定に必要な各種情報が記憶されている。

設計情報取得部４４は、図示しない各種インターフェース（通信インタフェース）を介して、外部から測定対象のワーク１０２の設計情報５１を取得する。この設計情報５１は、例えばワーク１０２のＣＡＤ（computer aided design）データであり、第１測定基準穴１１０及び第２測定基準穴１１４の設計値を示す情報である。設計情報取得部４４は、外部（サーバ等）に測定対象のワーク１０２の設計情報５１が存在している場合、この外部から測定対象のワーク１０２に対応する設計情報５１を取得して、この設計情報５１をワーク座標系設定部４５へ出力する。

また、設計情報取得部４４は、外部から第１ピン１２４の半径値Ｐｉｎ＿Ｒ１と、第２ピン１２６の半径値Ｐｉｎ＿Ｒ２とを取得し、取得した半径値Ｐｉｎ＿Ｒ１、Ｐｉｎ＿Ｒ２をワーク座標系設定部４５へ出力する。半径値Ｐｉｎ＿Ｒ１、Ｐｉｎ＿Ｒ２は、例えば第１ピン１２４及び第２ピン１２６のそれぞれの半径を実測して得られたノミナル値（平均値）である。なお、設計情報取得部４４は、半径値Ｐｉｎ＿Ｒ１、Ｐｉｎ＿Ｒ２の代わりに、例えば第１ピン１２４及び第２ピン１２６の直径値などの半径値Ｐｉｎ＿Ｒ１、Ｐｉｎ＿Ｒ２を算出可能な情報を取得してもよい。

＜補正ワーク座標系設定工程＞
ワーク座標系設定部４５は、既述の加工機１２１によって生じたズレ量ａ、ｂを算出し、これらズレ量ａ、ｂに基づき、第１測定基準穴１１０の中心１１２及び第２測定基準穴１１４の中心１１６を基準とするワーク座標系ＣＳ（図２２参照）を補正した補正ワーク座標系ＣＳＨの設定を行う。すなわち、ワーク座標系設定部４５は、本発明の補正ワーク座標系設定部に相当する。

図７は、ワーク座標系設定部４５が補正ワーク座標系ＣＳＨの設定を行う補正ワーク座標系設定工程の流れを示すフローチャートである。図７に示すように、補正ワーク座標系設定工程では、空間補正設定工程（ステップＳ１）と、原点設定工程（ステップＳ２）と、基準軸設定工程（ステップＳ３）とが順番に実行される。

なお、空間補正工程（ステップＳ１）の開始前に、三次元測定機１０のプローブヘッド１２に取り付けられたプローブ１２ａの校正が行われるが、この校正自体は公知技術であるため具体的な説明は省略する。

空間補正工程（ステップＳ１）では、既述の図２０で説明したように、オペレータがプローブ操作部３２ａを操作してプローブ１２ａによりワーク１０２の平面１０４（図２０参照）の３点以上をプロービングする。これにより、平面１０４の複数点の座標値が駆動コントローラ３２を介してワーク座標系設定部４５に入力される。そして、ワーク座標系設定部４５が既述の平面１０４、交点１０６、及び法線ベクトル１０８を求めて、機械座標系の原点１００を交点１０６に平行移動することにより、Ｚ軸の原点を設定する。これにより、空間補正工程（ステップＳ１）が終了し、Ｘ_０Ｙ_０Ｚ_０座標系（図２０参照）がＸ_２Ｙ_２Ｚ_２座標系（図２０参照）に空間補正される。

原点設定工程（ステップＳ２）は、ステップＳ２ＡからステップＳ２Ｅの計５つの工程（処理）を実行する。

図８は、図７のステップＳ２Ａ及びステップＳ２Ｂの工程を説明するための説明図である。図９は、図７のステップＳ２ＣからステップＳ２Ｅの工程を説明するための説明図である。

図８に示すように、ステップＳ２Ａにおいて、オペレータがプローブ操作部３２ａを操作してプローブ１２ａにより第１測定基準穴１１０の内周面上の複数の測定点をプロービングする。なお、図中のＲ１ａで示されたサークルは、第１測定基準穴１１０の設計半径値Ｒ１ａで描かれた第１測定基準穴１１０の輪郭である。前述のプロービングにより、第１測定基準穴１１０の複数の測定点の座標値が駆動コントローラ３２を介してワーク座標系設定部４５に入力される。これにより、ワーク座標系設定部４５は、Ｘ_２Ｙ_２軸における第１測定基準穴１１０の中心１１２の第１中心座標（ｘ１ｏ_１、ｙ１ｏ_１）の実測値を求める。

なお、既述の設計情報取得部４４から測定対象のワーク１０２の設計情報５１がワーク座標系設定部４５に入力されている場合、ワーク座標系設定部４５は、設計情報５１から第１測定基準穴１１０の第１中心座標（ｘ１ｏ_１、ｙ１ｏ_１）を取得する。具体的には、詳しくは後述する方法で定盤１６上でのワーク１０２の位置姿勢を取得しておくことで、ワーク座標系設定部４５は、ワーク１０２の位置姿勢の取得結果と設計情報５１とに基づき、第１中心座標（ｘ１ｏ_１、ｙ１ｏ_１）を取得することができる。

次いで、ステップＳ２Ｂにおいて、オペレータがプローブ操作部３２ａを操作してプローブ１２ａにより第１測定基準穴１１０の測定点のうち第１中心座標（ｘ１ｏ_１、ｙ１ｏ_１）のＹ_２軸の（−）方向側とは反対側の（＋）方向側の第１測定点１１３を複数回プロービングする。これにより、第１測定点１１３の座標値が駆動コントローラ３２を介してワーク座標系設定部４５に入力され、ワーク座標系設定部４５は第１測定点１１３の座標値（ｘ１_１、ｙ１_１）＝（ｘ１ｏ_１、ｙ１ｏ_１＋Ｒ１）［Ｒ１：ノミナル値］を取得する。これにより、第１測定基準穴１１０の半径Ｒ１が求められる。

図９に示すように、ステップＳ２Ｃにおいて、ワーク座標系設定部４５は、既述の設計情報取得部４４から第１ピン１２４の半径値Ｐｉｎ＿Ｒ１を取得する。次いで、ステップＳ２Ｄにおいて、ワーク座標系設定部４５は、第１測定点１１３の座標値（ｘ１_１、ｙ１_１）から第１ピン１２４の半径値Ｐｉｎ_Ｒ１をＹ軸の（−）方向側にずらした第１ピン１２４の中心軸１２８の中心座標（ｘ１_２、ｙ１_２）＝（ｘ１ｏ_１、ｙ１_１−Ｐｉｎ_Ｒ１）［Ｐｉｎ_Ｒ１：ノミナル値］を算出する。これにより、第１測定基準点である第１測定基準穴１１０の中心１１２に対する第１加工基準点である第１ピン１２４の中心軸１２８の第１相対位置を示すズレ量ａが算出される。すなわち、ステップＳ２Ｄは、本発明の第１相対位置算出工程に相当する。また、この場合、ワーク座標系設定部４５は、本発明の第１相対位置算出部としても機能する。

そして、ステップＳ２Ｅにおいて、ワーク座標系設定部４５は、前述のステップＳ１の空間補正工程で設定されたＺ_２軸の原点１００（図２０参照）を、第１ピン１２４の中心座標（ｘ１_２、ｙ１_２）に平行移動する原点移動を行う。これにより、第１測定基準穴１１０の中心１１２と第１ピン１２４の中心軸１２８とのズレ量ａが補正されて、Ｘ_２Ｙ_２Ｚ_２座標系（図２０参照）がＸ_３Ｙ_３Ｚ_３座標系（図２１参照）に補正される。以上で原点設定工程（ステップＳ２）が完了する。

基準軸設定工程（ステップＳ３）は、ステップＳ３ＡからステップＳ３Ｅの計５つの工程（処理）を実行する。

図１０は、図７のステップＳ３Ａの工程を説明するための説明図である。図１１は、図７のステップＳ３Ｂの工程を説明するための説明図である。図１２は、図７のステップＳ３Ｃ及びステップ３Ｄの工程を説明するための説明図である。図１３は、図７のステップＳ３Ｅの工程の実行前を説明するための説明図である。図１４は、図７のステップＳ３Ｅの工程の実行後を説明するための説明図である。

図１０に示すように、ステップＳ３Ａにおいて、オペレータがプローブ操作部３２ａを操作してプローブ１２ａにより第２測定基準穴１１４の内周面上の複数の測定点（第２測定基準穴１１４の縁部）をプロービングする。なお、図中のＲ２ａで示されたサークルは、第２測定基準穴１１４の設計半径値Ｒ２ａで描かれた第２測定基準穴１１４の輪郭である。前述のプロービングにより、第２測定基準穴１１４の複数の測定点の座標値が駆動コントローラ３２を介してワーク座標系設定部４５に入力される。これにより、ワーク座標系設定部４５は、Ｘ_２Ｙ_２軸における第２測定基準穴１１４の中心１１６の第２中心座標（ｘ２ｏ_１、ｙ２ｏ_１）の実測値を求める。

なお、既述の設計情報取得部４４から設計情報５１がワーク座標系設定部４５に入力されている場合、ワーク座標系設定部４５は、設計情報５１から第２測定基準穴１１４の第２中心座標（ｘ２ｏ_１、ｙ２ｏ_１）を取得する。この場合には、既述のように定盤１６上でのワーク１０２の位置姿勢を取得しておくことで、ワーク座標系設定部４５は、ワーク１０２の位置姿勢の取得結果と設計情報５１とに基づき、第２中心座標（ｘ２ｏ_１、ｙ２ｏ_１）を取得することができる。

図１１に示すように、ステップＳ３Ｂにおいて、オペレータがプローブ操作部３２ａを操作してプローブ１２ａにより第２測定基準穴１１４の測定点のうち第２中心座標（ｘ２ｏ_１、ｙ２ｏ_１）のＹ_３軸の（＋）方向側の第２測定点１１５を複数回プロービングする。これにより、第２測定点１１５の座標値が駆動コントローラ３２を介してワーク座標系設定部４５に入力され、ワーク座標系設定部４５は第２測定点１１５の座標値（ｘ２_１、ｙ２_１）＝（ｘ２ｏ_１、ｙ２ｏ_１＋Ｒ２）［Ｒ２：ノミナル値］を取得する。これにより、第２測定基準穴１１４の半径Ｒ２が求められる。

図１２に示すように、ステップＳ３Ｃにおいて、ワーク座標系設定部４５は、既述の設計情報取得部４４から第２ピン１２６の半径値Ｐｉｎ＿Ｒ２を取得する。次いで、ステップＳ３Ｄにおいて、ワーク座標系設定部４５は、第２測定点１１５の座標値（ｘ２_１、ｙ２_１）から第２ピン１２６の半径値Ｐｉｎ_Ｒ２をＹ軸の（−）方向側にずらした第２ピン１２６の中心軸１３０の中心座標（ｘ２_２、ｙ２_２）＝（ｘ２ｏ_１、ｙ２_１−Ｐｉｎ_Ｒ２）（Ｐｉｎ_Ｒ２：ノミナル値）を算出する。これにより、第２測定基準点である第２測定基準穴１１４の中心１１６に対する第２加工基準点である第２ピン１２６の中心軸１３０の第２相対位置を示すズレ量ｂが算出される。すなわち、ステップＳ３Ｄは、本発明の第２相対位置算出工程に相当する。また、この場合、ワーク座標系設定部４５は、本発明の第２相対位置算出部としても機能する。

図１３及び図１４に示すように、ステップＳ３Ｅにおいて、ワーク座標系設定部４５は、図１３に示したＸ_３軸が第２ピン１２６の中心座標（ｘ２_２、ｙ２_２）を通るように、Ｘ_３Ｙ_３軸の原点［中心座標（ｘ１_２、ｙ１_２）］を支点として、Ｘ_３軸を図１４に示すように回転させる軸回転を行って、補正ワーク座標系ＣＳＨのＸＹ軸の方向を設定する。これにより、補正ワーク座標系ＣＳＨのＸＹ軸の方向が、第２測定基準穴１１４の中心１１６と第２ピン１２６の中心軸１３０とのズレ量ｂを補正した方向となり、図１３のＸ_３Ｙ_３座標系が図１４のＸ_４Ｙ_４座標系に補正される。以上で基準軸設定工程（ステップＳ３）が完了する。

以上の各工程により、ワーク座標系設定部４５によって、ワーク座標系ＣＳ（図２２参照）をズレ量ａ、ｂに基づき補正した補正ワーク座標系ＣＳＨが設定される（ステップＳ４）。すなわち、図１４のＸ_４軸が補正ワーク座標系ＣＳＨのＸ軸に設定され、図１４のＹ_４軸が補正ワーク座標系ＣＳＨのＹ軸に設定され、図２１のＺ_３軸が補正ワーク座標系ＣＳＨのＺ軸に設定され、図１４の中心座標（ｘ１_２、ｙ１_２）とＺ_３軸（図２１参照）との交点が補正ワーク座標系ＣＳＨの原点に設定される。そして、ワーク座標系設定部４５は、補正ワーク座標系ＣＳＨの設定情報を記憶部４３（図６参照）に記憶させる。

なお、ワーク座標系設定部４５は、設計情報取得部４４から設計情報５１と半径値Ｐｉｎ_Ｒ１、Ｐｉｎ_Ｒ２とを取得した場合、既述のステップＳ１からステップＳ３までの処理を全て演算処理で行うことにより、補正ワーク座標系ＣＳＨを設定可能である。この場合には、オペレータによるプロービング操作を行うことなく、オフライン状態のコンピュータ３４により補正ワーク座標系ＣＳＨの設定を行うことができる。

＜ワークの位置姿勢の取得＞
図６に戻って、位置姿勢取得部４６は、三次元測定機１０によるワーク１０２の第１円穴１１８及び第２円穴１２０の測定開始前に、定盤１６上にセットされたワーク１０２の位置姿勢を取得する。この位置姿勢取得部４６は、最初に表示制御部４２を制御して、ワーク１０２のＺ_３軸と直交する上面であるＺ上面（不図示）、ワーク１０２のＹ_４軸と直交する側面であるＹ側面（不図示）、及びワーク１０２のＸ_４軸と直交する側面であるＸ側面（不図示）に対するプロービングを促す表示を表示部３８に表示させる。

次いで、オペレータは、プローブ操作部３２ａを操作して、プローブ１２ａでワーク１０２のＺ上面の任意の３点以上をプロービングする。この際のプローブ１２ａの姿勢は、測定開始時（初期状態）におけるＺ軸に平行な姿勢である。そして、Ｚ上面のプロービング測定の結果は、駆動コントローラ３２を介して位置姿勢取得部４６に入力される。

また、オペレータは、プローブ操作部３２ａを操作して、プローブ１２ａの姿勢を回転させることなく、プローブ１２ａでワーク１０２のＹ側面の任意の２点以上をプロービングする。このＹ側面のプロービング測定の結果は、駆動コントローラ３２を介して位置姿勢取得部４６に入力される。位置姿勢取得部４６は、Ｚ上面及びＹ側面のプロービング測定の結果に基づき、定盤１６上のワーク１０２のＹ原点及びＸ軸の向きを判別する。

そして、オペレータは、プローブ操作部３２ａを操作して、プローブ１２ａの姿勢を回転させることなく、プローブ１２ａでワーク１０２のＸ側面の任意の１点以上をプロービングする。このＸ側面のプロービング測定の結果は、駆動コントローラ３２を介して位置姿勢取得部４６に入力される。位置姿勢取得部４６は、Ｚ上面、Ｙ側面、及びＸ側面のプロービング測定の結果に基づき、定盤１６上のワーク１０２のＸ原点と、Ｙ軸及びＺ軸の向きを判別する。これにより、位置姿勢取得部４６は、定盤１６上のワーク１０２の位置姿勢を取得することができ、このワーク１０２の位置姿勢の取得結果を座標値取得部４７と座標値変換部４８とにそれぞれ出力する。

なお、三次元測定機１０の定盤１６上にセットされたワーク１０２の位置姿勢を測定する方法は上述の方法に限定されるものではない。例えば、三次元測定機１０に設けられたカメラで定盤１６上のワーク１０２を撮像して得られた画像を解析する方法、或いはワーク１０２に設けられた位置センサ及び姿勢センサの検出結果を取得する方法などの各種方法を用いて、ワーク１０２の位置姿勢を取得してもよい。

＜パートプログラム＞
記憶部４３に記憶されているパートプログラム４９は、プローブ１２ａの測定経路、すなわち、ワーク１０２の測定要素である第１円穴１１８及び第２円穴１２０の双方の測定点の位置を示す座標値、測定点の測定順番、及び測定点毎のプローブ１２ａの測定姿勢（向き）等を定めたプログラムであり、後述の座標値取得部４７による測定制御に用いられる。なお、プローブ１２ａの測定経路とは、補正ワーク座標系ＣＳＨを基準とした測定経路である。従って、定盤１６上でのワーク１０２の位置姿勢が既知であれば、パートプログラム４９に従って、第１円穴１１８及び第２円穴１２０の測定を自動で行うことができる。

制御部４０は、図示は省略するが、記憶部４３に記憶されている補正ワーク座標系ＣＳＨに基づき、パートプログラム４９を作成するパートプログラム作成部として機能する。このパートプログラム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。

＜測定要素（第１円穴１１８及び第２円穴１２０）の測定点の座標値の取得＞
座標値取得部４７は、三次元測定機１０による測定、すなわち、ワーク１０２の測定要素である第１円穴１１８及び第２円穴１２０の測定を制御する。この座標値取得部４７は、位置姿勢取得部４６から入力されたワーク１０２の位置姿勢の情報と、記憶部４３から読み出したパートプログラム４９とに基づき、第１円穴１１８及び第２円穴１２０の各測定点の測定を実行する。なお、各測定点の測定開始前には、公知のプローブ１２ａの校正が行われる。

例えば、座標値取得部４７は、自動測定モードが設定されている場合、位置姿勢取得部４６から入力されたワーク１０２の位置姿勢の情報と、パートプログラム４９とに基づき、駆動コントローラ３２を介して第１駆動部２８及び第２駆動部３０を駆動する。これにより、第１円穴１１８及び第２円穴１２０の各測定点をパートプログラム４９で定められた順番でプローブ１２ａによりプロービングすることができる。

一方、座標値取得部４７は、手動測定モードが設定されている場合、ワーク１０２の位置姿勢の情報と、パートプログラム４９とに基づき、表示制御部４２を制御して、第１円穴１１８及び第２円穴１２０の各測定点に関する位置及び測定順番等を示す情報を表示部３８に表示させる。オペレータは、表示部３８の表示内容に従ってプローブ操作部３２ａを操作して、プローブ１２ａにより第１円穴１１８及び第２円穴１２０の各測定点をパートプログラム４９で定められた順番でプロービングする。

そして、座標値取得部４７は、自動測定モード及び手動測定モードのいずれにおいても、駆動コントローラ３２を介して、第１円穴１１８及び第２円穴１２０の各測定点の座標値を取得し、取得した座標値を座標値変換部４８へ出力する。

＜座標値変換＞
座標値変換部４８は、座標値変換部４８から入力された第１円穴１１８及び第２円穴１２０の各測定点の座標値、すなわち機械座標系で表される座標値を、補正ワーク座標系ＣＳＨで表された座標値に変換する。

具体的に、座標値変換部４８は、位置姿勢取得部４６から入力されたワーク１０２の位置姿勢の情報と、記憶部４３から読み出した補正ワーク座標系ＣＳＨとに基づき、機械座標系で表される座標値を補正ワーク座標系ＣＳＨで表される座標値に変換する補正マトリクス５５（変換マトリクス或いは変換行列ともいう）を生成する。この補正マトリクス５５の各パラメータは、機械座標系の原点と補正ワーク座標系ＣＳＨの原点との位置ズレ量、及び機械座標系の基準軸と補正ワーク座標系ＣＳＨの基準軸との回転ズレ量に基づき決定される。

従って、座標値変換部４８は、座標値変換部４８から入力された第１円穴１１８及び第２円穴１２０の各測定点の座標値を、補正マトリクス５５を用いて座標値変換することにより、補正ワーク座標系ＣＳＨで表される各測定点の座標値を取得する。そして、座標値変換部４８は、座標値変換後の各測定点の座標値を測定結果取得部５０へ出力する。

＜測定結果取得＞
測定結果取得部５０は、座標値変換部４８から入力された座標値変換後の各測定点の座標値に基づき、第１円穴１１８及び第２円穴１２０のワーク１０２内での位置、寸法、及び形状等の測定結果を取得する。この測定結果は、表示制御部４２により表示部３８に表示されると共に、記憶部４３に記憶される。

［三次元測定機の作用］
図１５は、上記構成の三次元測定機１０によるワーク１０２の測定処理の流れ（本発明の三次元測定機の測定方法）を示すフローチャートである。図１５に示すように、最初にオペレータは、三次元測定機１０の定盤１６上に測定対象のワーク１０２をセットする（ステップＳ１０）。

次いで、既述の図７で説明した補正ワーク座標系設定工程が実行されて、ワーク座標系設定部４５によりワーク１０２の補正ワーク座標系ＣＳＨが設定されると共に、記憶部４３に補正ワーク座標系ＣＳＨが記憶される（ステップＳ１１）。

なお、記憶部４３に記憶された補正ワーク座標系ＣＳＨに基づき、不図示のパートプログラム作成部によって、ワーク１０２の第１円穴１１８及び第２円穴１２０の各測定点の測定に用いられるパートプログラム４９が作成された後、このパートプログラム４９が記憶部４３に記憶される。

補正ワーク座標系ＣＳＨの設定及び記憶後、オペレータがプローブ操作部３２ａを操作して、定盤１６上にセットされたワーク１０２の既述のＺ上面、Ｙ側面、及びＸ側面に対するプローブ１２ａによるプロービングを実行する。これにより、位置姿勢取得部４６は、定盤１６上のワーク１０２の位置姿勢を取得する（ステップＳ１２、本発明の位置姿勢取得工程に相当）。

そして、位置姿勢取得部４６は、ワーク１０２の位置姿勢の取得結果を座標値取得部４７と座標値変換部４８とにそれぞれ出力する。これにより、座標値変換部４８において、位置姿勢取得部４６から入力されたワーク１０２の位置姿勢の情報と、記憶部４３に記憶されている補正ワーク座標系ＣＳＨとに基づき、補正マトリクス５５が生成される（ステップＳ１３）。

次いで、座標値取得部４７による第１円穴１１８及び第２円穴１２０の各測定点の測定制御が開始される。例えば自動測定モードの場合、座標値取得部４７は、位置姿勢取得部４６からのワーク１０２の位置姿勢の情報と、記憶部４３内のパートプログラム４９とに基づき、駆動コントローラ３２を介して第１駆動部２８及び第２駆動部３０を駆動する。これにより、第１円穴１１８及び第２円穴１２０の各測定点がパートプログラム４９で定められた順番でプローブ１２ａによりプロービングされる。

一方、手動測定モードの場合、座標値取得部４７は、ワーク１０２の位置姿勢の情報とパートプログラム４９とに基づき、表示制御部４２を制御して、第１円穴１１８の測定点及び第２円穴１２０の測定点に関する位置及び測定順番等を示す情報を表示部３８に表示させる。そして、オペレータは、表示部３８の表示内容に従ってプローブ操作部３２ａを操作して、プローブ１２ａにより第１円穴１１８の測定点及び第２円穴１２０の各測定点をパートプログラム４９で定められた順番でプロービングする。

自動測定モード又は手動測定モードでのプロービングが実行されることにより、座標値取得部４７は、駆動コントローラ３２を介して、第１円穴１１８及び第２円穴１２０の各測定点の座標値を取得する（ステップＳ１４、本発明の座標値取得工程に相当）。そして、座標値取得部４７は、取得した各測定点の座標値を座標値変換部４８へ出力する。

次いで、座標値変換部４８は、座標値変換部４８から入力された第１円穴１１８及び第２円穴１２０の各測定点の機械座標系で表される座標値を、先に生成した補正マトリクス５５を用いて座標値変換して、補正ワーク座標系ＣＳＨで表される各測定点の座標値を測定結果取得部５０へ出力する（ステップＳ１５、本発明の座標値変換工程に相当）。

そして、測定結果取得部５０は、座標値変換部４８から入力された補正ワーク座標系ＣＳＨで表される各測定点の座標値に基づき、第１円穴１１８及び第２円穴１２０のワーク１０２内での位置、寸法、及び形状等の測定結果を取得する（ステップＳ１６）。この測定結果は、表示制御部４２により表示部３８に表示されると共に、記憶部４３に記憶される。

なお、同一種類のワーク１０２の各種測定要素の測定を行う場合、或いは過去に補正ワーク座標系ＣＳＨの作成及び記憶を行ったワーク１０２の各種測定要素の測定を行う場合には、ステップＳ１１の工程は省略することができる。

［本実施形態の三次元測定機の効果］
以上のように、本実施形態の三次元測定機１０では、既述の第１相対位置を示すズレ量ａと、既述の第２相対位置を示すズレ量ｂとを算出し、この算出結果に基づきワーク座標系ＣＳを補正した補正ワーク座標系ＣＳＨを設定して、第１円穴１１８及び第２円穴１２０の各測定点の座標値を測定する。これにより、本実施形態の三次元測定機１０では、加工機１２１の加工時に生じた片寄誤差を補正して、加工機１２１による加工誤差を高精度に反映した第１円穴１１８及び第２円穴１２０の測定結果、すなわち、加工機１２１と互換性を保った測定結果が得られる。

図１６は、本実施形態の三次元測定機１０の効果を説明するための説明図である。ここで図１６の上段は、第１測定基準穴１１０の中心１１２と第１ピン１２４の中心軸１２８とが一致し、且つ第２測定基準穴１１４の中心１１６と第２ピン１２６の中心軸１３０とが一致している理想状態において、加工機１２１により第１円穴１１８及び第２円穴１２０を加工した例である。

図１６の上段に示す理想状態では、中心１１２（第１測定基準点）と中心軸１２８（第１加工基準点）とが一致し、且つ中心１１６（第２測定基準点）と中心軸１３０（第２加工基準点）とが一致する。このため、第１円穴１１８及び第２円穴１２０は、ワーク座標系ＣＳの基準となる第１測定基準点及び第２測定基準点を基準位置として設計半径値Ｒ１ａ，Ｒ２ａで規定された位置に加工される。その結果、ワーク座標系ＣＳ（図２２参照）を設定して第１円穴１１８及び第２円穴１２０の各測定点の座標値を測定した場合であっても、上述の片寄誤差が座標値の測定結果に現れることはない。

一方、図１６の下段は、加工機１２１内でワーク１０２を矢印Ａ１方向側に片寄せした実際の状態において、加工機１２１により第１円穴１１８及び第２円穴１２０を加工した例である。また、図１７は、図１６の下段のワーク１０２の上面図である。

図１６の下段及び図１７に示す実際の状態では、既述のズレ量ａ、ｂ（図３参照）が発生する。このため、第１円穴１１８及び第２円穴１２０は、第１測定基準点に対してズレ量ａだけ位置ズレした第１加工基準点と、第２測定基準点に対してズレ量ｂだけ位置ズレした第２加工基準点とを基準位置として設計半径値Ｒ１ａ，Ｒ２ａで規定された位置に加工される。その結果、従来のワーク座標系ＣＳを設定して、第１円穴１１８及び第２円穴１２０の各測定点の座標値を測定した場合、その測定値Ｒ１ｍ、Ｒ２ｍにはズレ量ａ、ｂに対応する片寄誤差Ｒｅが含まれる。

従って、実際の測定で得られる測定値Ｒ１ｍ、Ｒ２ｍと、加工機１２１の第１加工基準点及び第２加工基準点を基準位置とした測定で得られる測定値Ｒ１ｓ、Ｒ２ｓとの間にはズレが生じる。すなわち、加工機１２１の加工時の片寄せによるズレ量ａ、ｂが、三次元測定機１０の測定値Ｒ１ｍ、Ｒ２ｍに片寄誤差Ｒｅとして現れる。このため、加工機１２１の加工誤差（測定値Ｒ１ｓ、Ｒ２ｓと設計半径値Ｒ１ａ，Ｒ２ａとの誤差）、換言すると第１加工基準点及び第２加工基準点を基準とした加工機１２１内での測定値Ｒ１ｓ、Ｒ２ｓを正確に判断することができない。

これに対して、本実施形態のように補正ワーク座標系ＣＳＨを設定して第１円穴１１８及び第２円穴１２０の各測定点の座標値を測定した場合、片寄誤差Ｒｅを含まない上述の測定値Ｒ１ｓ、Ｒ２ｓが得られる。このため、三次元測定機１０の測定値Ｒ１ｓ、Ｒ２ｓから加工機１２１の加工誤差を高精度に求めることができる。

また、例えば第１円穴１１８及び第２円穴１２０の位置度を求める際に、この位置度は中心１１２（中心１１６）と中心軸１２８（中心軸１３０）との誤差、すなわち、既述のズレ量ａ、ｂの２倍となる。このため、三次元測定機１０の測定誤差をＥとした場合に、従来のワーク座標系ＣＳを設定して測定を行う方法では、位置度への影響が｛（R1- Pin_R1）+E｝×2=｛a+E｝×2、｛（R2-Pin_R2）+E｝×2=｛b+E｝×2となる。これに対して、本実施形態のように補正ワーク座標系ＣＳＨを設定して測定を行う方法では、ズレ量ａ、ｂ（片寄誤差）を三次元測定機１０の測定結果から排除することができる。このため、測定結果から加工機１２１の加工誤差を高精度に判断することができる。

［その他］
三次元測定機１０で測定対象となるワーク１０２は、上記各実施形態で説明したワーク１０２に限定されるものではなく、第１測定基準穴１１０及び第２測定基準穴１１４の位置と、測定要素である第１円穴１１８及び第２円穴１２０の位置とについても上記各実施形態で示した位置と異ならせてもよい。例えば、下記の図１８及び図１９に示すように、第１測定基準穴１１０及び第２測定基準穴１１４と、第１円穴１１８及び第２円穴１２０とがワーク１０２の互いに異なる面に形成されていてもよい。

図１８は、他実施形態での加工機１２１による加工を説明するための説明図であり、図１９は、他実施形態での三次元測定機１０による測定を説明するための説明図である。図１８及び図１９に示すように、例えば、第１測定基準穴１１０（第２測定基準穴１１４）と第１円穴１１８（第２円穴１２０）とがワーク１０２の互いに異なる面に形成されている場合には、冶具８０を用いて三次元測定機１０による測定時のワーク１０２の姿勢を、加工機１２１による加工時の姿勢とは異ならせてもよい。すなわち、第１測定基準穴１１０（第２測定基準穴１１４）と第１円穴１１８（第２円穴１２０）との双方にプローブ１２ａでプロービングできるような姿勢で、ワーク１０２を冶具８０により定盤１６上に支持してもよい。

また、ワーク１０２の形状（種類）についても適宜変更してもよく、さらに測定要素として円穴以外を測定する場合にも本発明を適用可能である。

上記実施形態では、補正ワーク座標系ＣＳＨで記述されたパートプログラム４９に従って座標値取得部４７が各測定点の座標値を取得し、座標値変換部４８により機械座標系の座標値を補正ワーク座標系ＣＳＨの座標値に変換しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ワーク座標系ＣＳで記述されたパートプログラム４９に従って座標値取得部４７が各測定点の座標値を取得した後、座標値変換部４８により機械座標系の座標値をワーク座標系ＣＳの座標値に変換する第１座標値変換処理と、ワーク座標系ＣＳの座標値を補正ワーク座標系ＣＳＨの座標値に変換する第２座標値変換処理とを行ってもよい。

上記実施形態では、本発明の第１測定基準点及び第２測定基準点として第１測定基準穴１１０及び第２測定基準穴１１４を例に挙げて説明したが、三次元測定機１０による測定基準となり得る他の第１測定基準点及び第２測定基準点をワーク１０２に設けてもよい。また、上記実施形態では、本発明の第１加工基準点及び第２加工基準点として第１ピン１２４及び第２ピン１２６を例に挙げて説明したが、加工機１２１による加工を行う際の基準位置となり得る他の第１加工基準点及び第２加工基準点を採用してもよい。

上記実施形態では、ワーク１０２の片寄せによって第１ピン１２４の中心軸１２８と第２ピン１２６の中心軸１３０とが同一方向にオフセットするが、例えばワーク１０２をその上面（テーブル１２２の上面）に対して垂直な回転軸の軸周りに回転させてガタ付きを抑えた場合には、中心軸１２８，１３０の互いに異なる方向にオフセットする。この場合であっても、既述のズレ量ａ、ｂを算出することで補正ワーク座標系ＣＳＨの設定を行うことができる。

上記実施形態では、門移動型の三次元測定機１０を例に挙げて説明を行ったが、各種タイプの三次元測定機に本発明を適用可能であり、三次元測定機１０で使用するプローブ１２ａの種類も特に限定はされず、例えば非接触型のプローブを用いてもよい。また、上記実施形態では、三次元測定機１０と駆動コントローラ３２とコンピュータ３４とがそれぞれ別体であるが、三次元測定機１０と、駆動コントローラ３２及びコンピュータ３４の少なくとも一方とが一体化されていてもよい。

また、本発明の三次元測定機には、他の三次元測定機から取得した測定結果（座標値）と、外部から取得した設計情報５１及び半径値Ｐｉｎ＿Ｒ１、Ｐｉｎ＿Ｒ２に基づき、補正ワーク座標系ＣＳＨの設定、ワーク１０２の位置姿勢の取得、座標値取得、及び座標値変換等を行う構成、すなわちコンピュータ３４のみで構成されているものも含まれる。

１０…三次元測定機，１６…定盤，２８…第１駆動部，３０…第２駆動部，３４…コンピュータ，３８…表示部，４０…制御部，４４…設計情報取得部，４５…ワーク座標系設定部，４６…位置姿勢取得部，４７…座標値取得部，４８…座標値変換部，４９…パートプログラム，５１…設計情報，１０２…ワーク，１１０…第１測定基準穴，１１２、１１６…中心，１１４…第２測定基準穴，１１８…第１円穴，１２０…第２円穴，１２４…第１ピン，１２６…第２ピン，１２８、１３０…中心軸

Claims (8)

1. ワークに加工された測定要素を三次元測定機で測定する三次元測定機の測定方法において、
   前記ワークには、前記ワークを基準とするワーク座標系を設定して前記三次元測定機による測定を行う場合に前記ワーク座標系の基準となる第１測定基準点及び第２測定基準点が設けられ、前記測定要素は前記第１測定基準点からオフセットされた第１加工基準点と前記第２測定基準点からオフセットされた第２加工基準点とを基準位置として加工されたものであり、
   前記第１測定基準点に対する前記第１加工基準点の第１相対位置を算出する第１相対位置算出工程と、
   前記第２測定基準点に対する前記第２加工基準点の第２相対位置を算出する第２相対位置算出工程と、
   前記第１相対位置算出工程で算出された前記第１相対位置と前記第２相対位置算出工程で算出された前記第２相対位置とに基づいて、前記ワーク座標系を補正した補正ワーク座標系を設定する補正ワーク座標系設定工程と、
   を有する三次元測定機の測定方法。
2. 前記三次元測定機内での前記ワークの位置及び姿勢を取得する位置姿勢取得工程と、
   前記三次元測定機で前記測定要素内の測定点を測定して、前記三次元測定機の機械座標系で表される前記測定点の座標値を取得する座標値取得工程と、
   前記補正ワーク座標系設定工程で設定された前記補正ワーク座標系と、前記位置姿勢取得工程で取得された前記ワークの位置及び姿勢とに基づき、前記座標値取得工程で取得された前記測定点の座標値を、前記補正ワーク座標系で表された座標値に変換する座標値変換工程と、
   を有する請求項１に記載の三次元測定機の測定方法。
3. 前記第１測定基準点に対する前記第１加工基準点のオフセット方向と、前記第２測定基準点に対する前記第２加工基準点のオフセット方向とが同一方向である請求項１又は２に記載の三次元測定機の測定方法。
4. 前記ワークに前記測定要素を加工する加工機は、第１方向に突設され且つ前記ワークの位置決めに用いられる第１ピン及び第２ピンを備え、
   前記ワークには、前記第１ピンより大径で前記第１ピンが挿入される第１測定基準穴と、前記第２ピンより大径で前記第２ピンが挿入される第２測定基準穴とが形成され、
   前記ワークは、前記第１測定基準穴に前記第１ピンが挿入され且つ前記第２測定基準穴に前記第２ピンが挿入され、さらに前記第１方向に対して垂直な第２方向に片寄せされた状態で、前記加工機により前記測定要素が加工され、
   前記第１測定基準点は前記第１測定基準穴の中心であり、前記第２測定基準点は前記第２測定基準穴の中心であり、前記第１加工基準点は前記第１ピンの中心軸であり、前記第２加工基準点は前記第２ピンの中心軸である請求項３に記載の三次元測定機の測定方法。
5. 前記第１相対位置算出工程は、前記第１測定基準穴の中心座標と前記第１ピンの半径値とを取得し、取得した前記第１測定基準穴の中心座標と前記第１ピンの半径値とに基づき前記第１相対位置を算出し、
   前記第２相対位置算出工程は、前記第２測定基準穴の中心座標と前記第２ピンの半径値とを取得し、取得した前記第２測定基準穴の中心座標と前記第２ピンの半径値とに基づき前記第２相対位置を算出する請求項４に記載の三次元測定機の測定方法。
6. 前記第１相対位置算出工程は、前記第１測定基準穴の中心座標を、前記三次元測定機による実測により取得又は前記第１測定基準穴の設計情報から取得し、
   前記第２相対位置算出工程は、前記第２測定基準穴の中心座標を、前記三次元測定機による実測により取得又は前記第２測定基準穴の設計情報から取得する請求項５に記載の三次元測定機の測定方法。
7. ワークに加工された測定要素を測定する三次元測定機において、
   前記ワークには、前記ワークを基準とするワーク座標系を設定して前記三次元測定機による測定を行う場合に前記ワーク座標系の基準となる第１測定基準点及び第２測定基準点が設けられ、前記測定要素は前記第１測定基準点からオフセットされた第１加工基準点と前記第２測定基準点からオフセットされた第２加工基準点とを基準位置として加工されたものであり、
   前記第１測定基準点に対する前記第１加工基準点の第１相対位置を算出する第１相対位置算出部と、
   前記第２測定基準点に対する前記第２加工基準点の第２相対位置を算出する第２相対位置算出部と、
   前記第１相対位置算出部が算出した前記第１相対位置と前記第２相対位置算出部が算出した前記第２相対位置とに基づいて、前記ワーク座標系を補正した補正ワーク座標系を設定する補正ワーク座標系設定部と、
   を備える三次元測定機。
8. 前記三次元測定機内での前記ワークの位置及び姿勢を取得する位置姿勢取得部と、
   前記三次元測定機で前記測定要素内の測定点を測定して得られた前記測定点の座標値であって、且つ前記三次元測定機の機械座標系で表される前記測定点の座標値を取得する座標値取得部と、
   前記補正ワーク座標系設定部が設定した前記補正ワーク座標系と、前記位置姿勢取得部が取得した前記ワークの位置及び姿勢とに基づき、前記座標値取得部が取得した前記測定点の座標値を、前記補正ワーク座標系で表された座標値に変換する座標値変換部と、
   を備える請求項７に記載の三次元測定機。

Images