JP3827549B2 - プローブの校正方法および校正プログラム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プローブの校正方法に関し、特に被測定物の寸法、形状、うねり、粗さなどの表面性状を倣い測定する倣いプローブや、タッチ信号プローブの誤差を校正する校正方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
被測定物の三次元形状を測定する三次元測定機、二次元の輪郭形状を測定する輪郭形状測定機や画像測定機、真円度を測定する真円度測定機、更に被測定物表面のうねりや粗さ等を測定する表面粗さ測定機などの、被測定物表面の輪郭形状、粗さ、うねりなどを測定する表面性状測定機が知られている。これらは接触式あるいは非接触式のセンサーと被測定物を相対的に移動させる案内機構を１軸乃至複数軸備えているものが多い。
【０００３】
これらの案内機構はガイドと送りねじとこの送りねじに螺合されたナットを備え、このナットに結合されたスライダを移動させ、そのスライダの移動をリニヤスケールなどで測定する構成のものが多い。また、必ずしも送りねじを備えず、ガイドとスライダから構成され、手動で移動させられるスライダの変位量をリニヤスケールなどで読み取るものもある。通常はスライダにプローブやＣＣＤカメラなどのセンサーが１種類あるいは複数種類取り付けられている。
これらの用途に用いられるプローブには、タッチ信号プローブや倣いプローブなどがある。
【０００４】
図５はこのようなプローブ１１８を三次元測定機１００のスピンドル１１７の先端に取り付けて用いる場合の例を示している。
この三次元測定機１００は次のように構成されている。
除振台１１１の上には、定盤１１２がその上面をベース面として水平面と一致するように載置され、この定盤１１２の両側端から立設されたビーム支持体１１３ａ，１１３ｂの上端でＸ軸方向に延びるビーム１１４を支持している。ビーム支持体１１３ａは、その下端がＹ軸駆動機構１１５によってＹ軸方向に駆動される。また、ビーム支持体１１３ｂは、その下端がエアーベアリングによって定盤１１２にＹ軸方向に移動可能に支持されている。ビーム支持体１１３ａ、１１３ｂの移動現在位置はＹ軸スケール２４５によって検出される。
【０００５】
ビーム１１４は、垂直方向（Ｚ軸方向）に延びるコラム１１６を支持する。コラム１１６は、ビーム１１４に沿ってＸ軸方向に駆動される。コラム１１６の移動現在位置はＸ軸スケール２４４によって検出される。コラム１１６には、スピンドル１１７がコラム１１６に沿ってＺ軸方向に駆動されるように設けられている。スピンドル１１７の移動現在位置はＺ軸スケール２４６によって検出される。
【０００６】
スピンドル１１７の下端には、一例として、接触式の測定子１１９と接触球１２１を備えたプローブ１１８が装着されている。このプローブ１１８が、定盤１１２上に載置された被測定物を測定する。Ｘ軸スケール２４４、Ｙ軸スケール２４５、Ｚ軸スケール２４６には例えば光学式のリニヤスケールなどが使用される。
プローブには接触式や非接触式の各種のものが用いられるが、接触式プローブの代表例であるタッチ信号プローブは、測定子が被測定物に接触した瞬間の各軸のリニヤスケールの値を読み取って被測定物の測定位置を求める。このようなタッチ信号プローブの例としては、特開平10-73429が知られている。これは先端に球状の接触子を備えた測定子を着座機構によって常に定位置に復帰可能とした構造で、接触子が被測定物に接触すると測定子が変位して着座機構から離脱すると同時に電気接点を開放してタッチ信号を出力する。
【０００７】
このタッチ信号プローブは、基本的には被測定物の１点の座標位置を求めるもので、被測定物の複数箇所を測定するためには、その都度の測定動作が必要となるので、例えば被測定物の輪郭データを密に求める場合には、多くの位置決め、測定動作を行う必要があって、全体の測定時間が長くなり、その結果、温度変化などの環境変動の影響を受けることになって、高精度測定には必ずしも適していない。
【０００８】
これに対して、倣いプローブは、被測定物の位置を連続的に測定することが可能なので、被測定物の複数箇所を測定して輪郭データを密に高速に求めることが容易に出来るので、環境変動の影響を受け難く、全体として高精度測定ができる可能性がある。
このような倣いプローブとしては、特開平5-256640に示されたプローブがある。このプローブは、基台に対してそれぞれ直交方向に移動自在なＸ軸スライダとＹ軸スライダとＺ軸スライダを介して触針が支持されており、この基台及び３つのスライダの間の摺動部には加圧空気が送出され空気軸受けを構成することにより極めて摩擦が少ない案内機構が構成されている。また、この基台とＺ軸スライダ、Ｚ軸スライダとＹ軸スライダと、Ｙ軸スライダとＸ軸スライダとの各々の相対変位を検出するＺ軸センサ、Ｙ軸センサ、Ｘ軸センサの３つのセンサが設けられており、これら３つのセンサによって触針の三次元的な変位量を求めることができるようになっている。
【０００９】
これらのセンサは例えばアブソリュート光学式直線スケールが用いられる。従って、この倣いプローブの触針（測定子）を被測定物の表面に接触させたまま、被測定物に対して倣いプローブを、被測定物の表面方向に相対移動させれば、触針は被測定物の表面の輪郭形状に沿って変位するので、被測定物の輪郭形状データを連続的に収集することが出来る。この場合、輪郭形状データは、倣いプローブから出力される３つのセンサの出力と、三次元測定機の駆動機構の変位を測定するリニヤスケールの値を合成して求める。
なお、触針が被測定物に接触していない場合の倣いプローブのＸ軸スライダ、Ｙ軸スライダ、Ｚ軸スライダの通常停止位置（復帰位置）は、各々のアブソリュートセンサの原点位置とされる。
図６のブロック図に示すように、倣いプローブ１１８にはＸ軸センサ２５１、Ｙ軸センサ２５２、Ｚ軸センサ２５３が内蔵されており、測定子１１９のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への変位に従って、その変位量を各々出力する。
【００１０】
駆動装置２６０には、Ｘ軸駆動機構１０５を駆動するＸ軸駆動回路２６１、Ｙ軸駆動機構１１５を駆動するＹ軸駆動回路２６２、Ｚ軸駆動機構１２５を駆動するＺ軸駆動回路２６３、Ｘ軸スケール２４４の出力を計数するＸ軸カウンタ２６４、Ｙ軸スケール２４５の出力を計数するＹ軸カウンタ２６５、Ｚ軸スケール２４６の出力を計数するＺ軸カウンタ２６６、Ｘ軸センサ２５１の出力を計数するＸ軸Ｐカウンタ２６７、Ｙ軸センサ２５２の出力を計数するＹ軸Ｐカウンタ２６８、Ｚ軸センサ２５３の出力を計数するＺ軸Ｐカウンタ２６９が含まれており、各々は計算機２７０に接続されている。従って、三次元測定機１００のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸は計算機２７０の指令によって任意速度で任意位置に位置決めが可能である。又、計算機２７０は各カウンタ２６４〜２６９の計数値を入力して、スピンドル２１７のＸ軸、Y軸、Ｚ軸の各軸の現在位置および倣いプローブ１１８の測定子１１９の現在変位を知ることが出来るように構成されている。
【００１１】
計算機２７０は、駆動装置２６０と情報交換を行うための図示しない接続装置を備えるほかは、公知の計算機と同様で、中央演算装置、記憶装置、入力装置、表示装置、印字装置、出力装置を備えており、記憶装置に格納されたプログラムによって、三次元測定機１００の誤差補正、倣いプローブデータの収集、誤差の算出、誤差の表示、誤差の関数化、補正データの出力などの校正処理全般が自動制御あるいは必要に応じてそれぞれの機能を半自動制御あるいは手動制御される。
【００１２】
計算機２７０と駆動装置２６０との情報交換は通常は有線通信でＩＥＥＥ４８８などの伝送制御手順を利用して行われるが、必要に応じて無線通信や光通信などを用いても良い。
【００１３】
どのようなタイプのプローブを使用した場合であっても、プローブの基準位置（通常はスピンドル１１７の下端）から測定点（接触球１２１の中心）までのオフセット（プローブベクトル）は各プローブ固有の値を有する。一方、三次元測定機には、特許第2902285号に記載されたような、平行誤差（各軸スケール誤差、各軸水平方向真直誤差、各軸垂直方向真直誤差）および回転誤差（各軸ピッチング誤差、各軸ヨーイング誤差、各軸ローリング誤差、各軸間直角誤差）が存在する。これらの誤差は、各軸のスケール２４４、２４５、２４６の計数出力（各軸カウンタ２６４、２６５、２６６の出力）とプローブベクトルPの誤差補正関数f として表せるので、誤差補正済の測定点（接触球１２１の中心）座標x′ （ベクトル）は次のようになる。
【００１４】
x′ = x + f(x,P) …（１）
ここで、xは補正前の計数出力、Pはプローブベクトルを示し、いずれもベクトルである。
プローブベクトルＰが誤差要因となるのは、主に三次元測定機自体のスライダの回転誤差の影響によるものである。
この誤差補正関数fによる誤差補正を、三次元測定機の各軸の位置制御ループ内に組込んでおけば、この位置制御ループに対して、移動目標点を指令するのみで、誤差補正済の正確な目標点へ移動することが出来る。更に、補正が時々刻々と行われるので、輪郭制御を行う場合でも正確な軌跡の制御が行える。ところが誤差補正関数fが複雑で、その演算処理に時間がかかり、制御ループ内でf変換処理が出来ない場合がある。このような場合に、特許第2798873号に示されるように、制御ループ外に誤差補正逆関数f-1を配置することが行われる。このようにすれば、移動目標点を一旦、誤差補正逆関数f-1によって、誤差を含む三次元座標測定機の運動座標系に変換して制御ループへ与えるので、制御ループ内では誤差補正を行う必要がなく、高速処理が可能となる。
【００１５】
x = x′ - f-1（x′,P） …（２）
プローブベクトルＰは前記の通り、スピンドルの基準位置から、測定子先端の接触球１２１の中心位置までのオフセットを与えるものであり、プローブが交換あるいは姿勢変更された場合に、このプローブベクトルも新しいプローブに対応するものを用いれば、異なるプローブあるいは異なる姿勢であっても、同一のパートプログラムが使用可能であり、さらに誤差補正も合せて正確に行うことができる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、プローブ交換あるいはプローブ姿勢変更を行う度に、校正を行って、プローブベクトルＰを求める必要が生じる。
これらの校正作業は通常、図７のフローチャートに示すように次のようにして行われる。
（ａ）三次元測定機のスピンドル１１７の先端に取り付けたプローブ１１８を交換又は姿勢変更によって更新し、更新前のプローブベクトルP0、基準球の半径値などの校正情報を計算機２７０へ入力する。（ステップ３２０）
（ｂ）プローブ１１８によって基準球１２０の４箇所以上の点測定による手動予備測定を行い、各々の測定点における座標値から、基準球１２０の第１の中心座標値を算出する。測定箇所は、例えば基準球の北極位置（頂上部１箇所）、赤道位置（４箇所）のように選択する。（ステップ３３０）
【００１７】
（ｃ）基準球１２０の第１の中心座標値、基準球の半径値（既知）、プローブベクトルP0、を用い、点測定による基準球測定用のパートプログラムを作成する。この時の測定点は、５点程度とする。（この測定は手動で行っても良いが、測定結果のバラツキが大きくなることから、通常はパートプログラムを作成して自動測定を行う。）（ステップ３４０）
（ｄ）点測定による基準球測定用のパートプログラムを実行して測定点の座標値を求め、その結果から、基準球１２０の第２の中心座標値（ステップ２３０で求めた値より正確である）を求めると共に、仮のプローブベクトルＰを用いて測定した基準球の中心座標値C0（プローブ更新前に測定した中心座標値）からのシフト量を算出して新たなプローブベクトルPを求める。（ステップ３５０）
【００１８】
以上の（ａ）から（ｄ）の校正処理は、プローブを交換した場合や、プローブ取付姿勢を変更した場合にはその都度行う必要がある上、その作業には温度管理の徹底など、細心の注意を要する。従って、これらの校正作業は熟練した校正作業者が多大な時間を費やして行う必要があるが、それにもかかわらず、必ずしも十分な校正精度が得られていなかった。
さらに前記の通り、三次元測定機が示す座標値は、プローブベクトルＰを要因とする誤差を含んでいるため、スピンドルに対するプローブの取付姿勢が変更された場合あるいは、異なるプローブに交換された場合には、正しい新プローブベクトルＰを求める必要がある。これに対して、姿勢変更後は、新プローブベクトルＰが未知であるため、正しく誤差補正を行うことが出来ないことから、測定点における正しい座標値が得られず、結果として正しい新プローブベクトルＰも求められないという問題がある。
【００１９】
この問題に対しては、特許第2902285号によって解決策が提案されているが、この特許第2902285号によるシステムは、プローブの姿勢変更後に、変更前の旧プローブベクトルを用いて基準球の測定を行い、その結果から基準球中心の座標値を算出し、プローブの姿勢変更前に測定した基準球中心座標値との差を用いて新プローブベクトルを算出する際に、三次元測定機自体の誤差の影響を防ぐために、姿勢変更後の旧プローブベクトルを用いた基準球の測定座標値の誤差が許容値の範囲内に収まるまで徐々に修正するものである。
【００２０】
これに対して、近年の三次元測定機は大型化が進むと共に、三次元測定機の誤差を加工精度によって確保するよりも誤差補正技術で補正して原価低減を図る傾向があり、その結果、三次元測定機自体の誤差の大きさが拡大する一方、測定精度に対する要求はより厳しいものになりつつある。このような場合には、特許第2902285号による補正システムは、精度面で必ずしも十分ではない場合があった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、校正の手間を増やすことなく、プローブベクトルの校正の高精度化が可能な校正方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、被測定物を測定するプローブを交換あるいは姿勢変更による更新を行った後に、前記プローブの測定子のオフセットを示すプローブベクトルを校正するプローブの校正方法において、前記プローブを交換あるいは姿勢変更した後、前記更新前のプローブベクトルを用いて校正基準を測定して測定値を得る予備測定ステップと、前記予備測定ステップで得た前記測定値と、前記プローブの更新前のプローブベクトルを用いて誤差補正変換を行ない、その結果からプローブベクトルを推定するプローブベクトル推定ステップと、前記推定プローブベクトルを用いて前記校正基準を測定するパートプログラムを作成すると共に該パートプログラムを実行して校正測定を行う校正測定ステップと、前記校正測定ステップにおける測定結果から、前記プローブベクトルの校正値を算出するプローブベクトル校正ステップと、を備えることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、プローブを交換あるいは姿勢変更を行う前のプローブベクトルと、基準球を手動測定した結果から、三次元測定機等に固有の誤差を誤差補正によって回避しつつプローブの交換後あるいは姿勢変更後のプローブベクトルを推定し、その推定結果を用いて校正測定を行うので、より精密な校正測定が可能となって、その結果から算出されるプローブの交換後あるいは姿勢変更後のプローブベクトルの校正値の精度がより向上する。
【００２３】
さらに本発明は、前記プローブベクトル推定ステップの繰返し実行を判定する繰返し判定ステップを更に備え、該繰返し判定ステップにおいて、繰返しが所定回数未満であると判定された場合に、直前のプローブベクトル推定ステップにおいて推定されたプローブベクトルで、前記更新前のプローブベクトルを置き換えて、さらに前記プローブベクトル推定ステップを実行する、ことが好ましい。
【００２４】
このようにすれば、プローブベクトル推定ステップを繰り返して実行することが出来る。この繰返しの際に、直前のプローブベクトル推定ステップにおいて推定されたプローブベクトル（最新の計算結果）で、前記更新前のプローブベクトルを置き換えるので、次に実行されるプローブベクトル推定ステップにおいては、予備測定ステップで得た測定値を、最新の計算結果の推定プローブベクトルで誤差補正変換を行うこととなり、推定プローブベクトルが真値に近づいているので、誤差補正変換結果の精度も向上し、その結果、再計算される推定プローブベクトルはさらに真値に近くなる。このようにプローブベクトル推定ステップを繰り返して実行する毎に推定プローブベクトルは真値に近づいていくが、現実的には、1回乃至2回の繰返しで十分な精度に到達することが実験で確かめられている。このように、プローブベクトルの推定にあたって、三次元測定機等に固有の誤差を回避することが、より容易となり、校正測定に用いるプローブベクトルの推定値の精度がより向上するので、より精密な校正測定が可能となって、その結果から算出されるプローブの交換後あるいは姿勢変更後のプローブベクトルの校正値の精度がより向上する。
【００２５】
また本発明は、前記繰返し判定ステップにおいて、前記繰返しが所定回数未満であると判定された場合に、直前のプローブベクトル推定ステップにおける前記誤差補正変換の結果を前記置き換え前の更新前のプローブベクトルによって誤差補正逆変換し、その結果によって前記測定値を置きかえる処理を含む、ことが好ましい。
【００２６】
このようにすれば、繰返し判定ステップにおいて、前記繰返しが所定回数未満であると判定された場合に、直前のプローブベクトル推定ステップにおける前記誤差補正変換の結果を前記置き換え前の更新前のプローブベクトルによって誤差補正逆変換し、その結果によって前記測定値を置きかえる処理が行える。その結果、次に実行されるプローブベクトル推定ステップにおいては、測定値は最新の測定値に置きかえられており、さらにプローブベクトルも最新の計算結果で置きかえられているので、推定プローブベクトルの計算結果が更に真値に近づく。
【００２７】
さらに本発明は、前記校正基準は球である、ことが好ましい。
このようにすれば、加工の容易な高精度の基準球を用いてより高い精度でプローブの校正が行える。
また、本発明によるプローブの校正方法をコンピュータに実行させる校正プログラムとすることが好ましい。このようにすれば、例えば、安価な汎用のコンピュータを用いて、そのコンピュータに本プログラムを実行させることが容易になり、本発明の利用促進を大幅に図ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を用いた好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、全図中において同一符号を付したものは同一構成要素を表わしている。
図１は、本発明の第１実施形態にかかるプローブの校正方法を示す。
まず、ステップ１０で処理を開始し、次にステップ２０において、プローブ１１８を交換あるいは姿勢変更を行い、基準球の半径値（校正済で既知）、仮のプローブベクトルP0（プローブを交換した場合は、交換前のプローブベクトル、あるいは姿勢変更を行った場合は、姿勢変更前のプローブベクトル）、仮のプローブベクトルP0で測定した場合の基準球の中心座標値C0（前回あるいは姿勢変更前に測定した基準球の中心座標値）、などを計算機２７０へ入力して校正の準備を行う。プローブの姿勢変更の例としては、図４（ａ）に示すようなＸＹ平面内におけるプローブの回転や、図４（ｂ）に示すようなＹＺ平面内におけるプローブの回転、さらにＸＺ平面内におけるプローブの回転、あるいは、これらの姿勢変更を複合して行うことが考えられる。
【００２９】
次に、ステップ３０において、プローブ１１８によって基準球１２０の４箇所以上の点測定による手動予備測定を行い、各々の測定点における座標値xi（ベクトル i＝１〜ｎ ｎ＞３）を求める。測定箇所は、例えば基準球の北極位置（１箇所）、赤道位置（４箇所）のように選択する。
その後、ステップ４０において、ステップ３０で測定した各々の測定点における測定値（座標値）xiとプローブベクトルP0を用いて（１）式により誤差補正を行って、補正済座標値xi′ を求める。
【００３０】
xi′ = xi + f(xi,P0) …（３）
次に補正済座標値xi′ から基準球の中心座標値C1′ を算出する。その後、基準球の中心座標値C0に対する中心座標値C1′ のオフセット分をプローブベクトルP0に対して修正して、推定プローブベクトルP1′ を算出する。
P1′ = P0 +（ C1′ - C0 ） …（４）
次に、ステップ５０において、基準球の中心座標値C1′ 、推定プローブベクトルP1′ 、基準球の半径値（既知）、を用い、点測定による基準球測定用の校正測定パートプログラムを作成する。この時の測定点は、５点程度とする。
【００３１】
次に、ステップ６０において、校正測定パートプログラムを実行して測定点の座標値を求め、その結果から、基準球１２０の第２の中心座標値C2（ステップ４０で求めた値より正確である）を求めると共に、基準球の中心座標値C0に対する第２の中心座標値C2のオフセット分をプローブベクトルP0に修正して最終のプローブベクトルP を得る。
P = P0 +（ C2 - C0 ） …（５）
その後、ステップ７０において処理を終了する。
【００３２】
この図１に示す第１の実施形態によれば、次に示す効果がある。
（１）基準球の測定値xiに対して三次元測定機固有の誤差を補正して補正済座標値xi′ を求め、その結果から得られる基準球の中心座標値C1′を基にして推定プローブベクトルP1′ を算出し、この推定プローブベクトルP1′ を用いて校正測定パートプログラムを作成して、基準球の校正測定を行うので、この校正測定パートプログラムによる基準球測定の精度が向上し、従って、この結果から得られる最終のプローブベクトルPの精度がより向上する。
【００３３】
次に、図２に第２実施形態にかかるプローブの校正方法を示す。
この第２実施形態は、第１実施形態におけるステップ４０を複数回実行可能とするために、ステップ１５０を設け、更に更新前プローブベクトルを置き換えるステップ１６０を設けたほかは、第１実施形態と同一である。
ステップ１５０では、所定繰返し回数のチェックを行い、繰返しが終了した場合は、ステップ１７０を実行する。繰返しが終了していない場合は、ステップ１６０を実行した後にステップ１４０を実行する。
【００３４】
ステップ１６０では、直前に実行されたステップ１４０において算出された推定プローブベクトルP1′で、更新前のプローブベクトルP0を置き換える。
その後、再度ステップ１４０を実行した場合は、プローブベクトルP0が推定プローブベクトルP1′で置き換えられているため、前記（３）式は実質的には次のように実行される。
xi′ = xi + f(xi,P1′) …（６）
【００３５】
この様に、更新前のプローブベクトルP0を直前に算出された推定プローブベクトルP1′で置き換えながら繰返し回数が所定回数に達するまでステップ１４０を繰り返し実行し、所定回数に達した後、ステップ１７０を実行する。
【００３６】
この図２に示す第２の実施形態によれば、第１実施形態における（１）の効果の他に次に示す効果がある。
（２）更新前のプローブベクトルP0を直前に算出された推定プローブベクトルP1′で置き換えた後、この推定プローブベクトルP1′で誤差補正を行うので、誤差補正の精度が向上し、その結果、新たに算出される推定プローブベクトルP1′の精度も向上する。このように繰返し回数が所定回数に達するまで推定プローブベクトル計算を繰り返し実行するので、推定プローブベクトルP1′の算出精度が更に向上する。この精度の向上した推定プローブベクトルP1′ を用いて校正測定パートプログラムを作成し、基準球の校正測定を行うので、この校正測定パートプログラムによる基準球測定の精度が更に向上し、従って、この結果から得られる最終のプローブベクトルPの精度が更に向上する。
【００３７】
次に、図３に第３実施形態にかかるプローブの校正方法を示す。
この第３実施形態は、第２実施形態におけるステップ１６０を実行する前に、ステップ２６０によって測定値xiを置き換えるほかは、第２実施形態と同一である。
ステップ２６０では、直前に実行されたステップ２４０において算出された測定値の誤差補正変換結果xi′を、直前のステップ２４０において誤差補正変換に用いられたプローブベクトルによって逆変換して新たな測定値xi″を算出して、この結果で測定値xiを置き換える。
xi″ = xi′ - f-1（xi′,P0） …（７）
【００３８】
その後、ステップ２７０で、直前に実行されたステップ２４０において算出された推定プローブベクトルP1′で、更新前のプローブベクトルP0を置き換える。
その後、再度ステップ２４０を実行した場合は、プローブベクトルP0が推定プローブベクトルP1′で置き換えられており、更に測定値xiも新たな測定値xi″で置き換えられているので、前記（６）式は、実質的には次のように実行される。
xi′ = xi″ + f(xi″,P1′) …（８）
【００３９】
この様に、更新前のプローブベクトルP0と測定値xiを置き換えながら繰返し回数が所定回数に達するまでステップ２４０を繰り返し実行し、所定回数に達した後、ステップ２８０を実行する。
この図３に示す第３の実施形態によれば、前記実施形態における（１）と（２）の効果の他に次に示す効果がある。
【００４０】
（３）更新前のプローブベクトルP0を直前に算出された推定プローブベクトルP1′で置き換え、さらに測定値xiを誤差補正逆変換結果xi″で置き換えて、その後に誤差補正を行うので、誤差補正の精度が向上し、その結果、新たに算出される推定プローブベクトルP1′の精度も更に向上する。更に繰返し回数が所定回数に達するまで推定プローブベクトル計算を繰り返し実行するので、推定プローブベクトルP1′の算出精度が更に向上する。この精度の向上した推定プローブベクトルP1′ を用いて校正測定パートプログラムを作成し、基準球の校正測定を行うので、この校正測定パートプログラムによる基準球測定の精度が更に向上し、従って、この結果から得られる最終のプローブベクトルPの精度が更に向上する。
【００４１】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、この実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更が可能である。
たとえば、各実施形態においては、接触式のプローブに限って説明したが、CCDカメラやイメージセンサあるいは静電容量式や電磁誘導式の非接触プローブであっても良い。また、プローブはタッチ信号プローブや倣いプローブでも良い。
さらに、校正基準としては、基準球に限って説明したが、精密加工されたゲージブロックなどを用いても良い。
【００４２】
また、測定装置としては三次元測定機を用いる場合に限って説明したが、その他の輪郭形状測定機、真円度測定機、画像測定機などに用いられるプローブであっても、本発明によって高精度な校正を行うことができる。
さらに、これらのプローブの校正方法をコンピュータに実行させる校正プログラムとしてもよく、この校正プログラムは、CD-ROMなどの可搬形の記憶メディアを用いて、各種のコンピュータで実行可能な形で格納することができる。また、この校正プログラムは、機械言語に翻訳されるコンパイル形式であっても、あるいは中間言語に翻訳されるインタプリタ形式であっても良い。
【００４３】
また、計算機２７０に前記校正プログラムを実行させてプローブの校正装置を構成することが出来る。すなわち、図１から図３のステップ２０、１２０、２２０によって校正条件入力手段を、ステップ３０、１３０、２３０によって予備測定データ入力手段、ステップ４０、１４０、２４０によって推定プローブベクトル算出手段、ステップ５０、１７０、２８０によって校正測定パートプログラム作成手段、ステップ６０、１８０、２９０によってプローブベクトル算出手段、ステップ１５０、２５０によって繰り返し判別手段、ステップ１６０、２７０によって更新前プローブベクトル置き換え手段、ステップ２６０によって測定値置き換え手段を構成することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、プローブベクトルの校正を高精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の校正方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明に係る第２実施形態の校正方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る第３実施形態の校正方法を示すフローチャートである。
【図４】校正方法の説明図である。
【図５】本発明を実施する三次元測定機の斜視図である。
【図６】同三次元測定システムのブロック図である。
【図７】従来技術によるプローブの校正方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００ 三次元測定機
１１８ プローブ
１１９ 測定子
１２０ 基準球
１２１ 接触球
２６０ 駆動装置
２７０ 計算機
【発明の属する技術分野】
本発明は、プローブの校正方法に関し、特に被測定物の寸法、形状、うねり、粗さなどの表面性状を倣い測定する倣いプローブや、タッチ信号プローブの誤差を校正する校正方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
被測定物の三次元形状を測定する三次元測定機、二次元の輪郭形状を測定する輪郭形状測定機や画像測定機、真円度を測定する真円度測定機、更に被測定物表面のうねりや粗さ等を測定する表面粗さ測定機などの、被測定物表面の輪郭形状、粗さ、うねりなどを測定する表面性状測定機が知られている。これらは接触式あるいは非接触式のセンサーと被測定物を相対的に移動させる案内機構を１軸乃至複数軸備えているものが多い。
【０００３】
これらの案内機構はガイドと送りねじとこの送りねじに螺合されたナットを備え、このナットに結合されたスライダを移動させ、そのスライダの移動をリニヤスケールなどで測定する構成のものが多い。また、必ずしも送りねじを備えず、ガイドとスライダから構成され、手動で移動させられるスライダの変位量をリニヤスケールなどで読み取るものもある。通常はスライダにプローブやＣＣＤカメラなどのセンサーが１種類あるいは複数種類取り付けられている。
これらの用途に用いられるプローブには、タッチ信号プローブや倣いプローブなどがある。
【０００４】
図５はこのようなプローブ１１８を三次元測定機１００のスピンドル１１７の先端に取り付けて用いる場合の例を示している。
この三次元測定機１００は次のように構成されている。
除振台１１１の上には、定盤１１２がその上面をベース面として水平面と一致するように載置され、この定盤１１２の両側端から立設されたビーム支持体１１３ａ，１１３ｂの上端でＸ軸方向に延びるビーム１１４を支持している。ビーム支持体１１３ａは、その下端がＹ軸駆動機構１１５によってＹ軸方向に駆動される。また、ビーム支持体１１３ｂは、その下端がエアーベアリングによって定盤１１２にＹ軸方向に移動可能に支持されている。ビーム支持体１１３ａ、１１３ｂの移動現在位置はＹ軸スケール２４５によって検出される。
【０００５】
ビーム１１４は、垂直方向（Ｚ軸方向）に延びるコラム１１６を支持する。コラム１１６は、ビーム１１４に沿ってＸ軸方向に駆動される。コラム１１６の移動現在位置はＸ軸スケール２４４によって検出される。コラム１１６には、スピンドル１１７がコラム１１６に沿ってＺ軸方向に駆動されるように設けられている。スピンドル１１７の移動現在位置はＺ軸スケール２４６によって検出される。
【０００６】
スピンドル１１７の下端には、一例として、接触式の測定子１１９と接触球１２１を備えたプローブ１１８が装着されている。このプローブ１１８が、定盤１１２上に載置された被測定物を測定する。Ｘ軸スケール２４４、Ｙ軸スケール２４５、Ｚ軸スケール２４６には例えば光学式のリニヤスケールなどが使用される。
プローブには接触式や非接触式の各種のものが用いられるが、接触式プローブの代表例であるタッチ信号プローブは、測定子が被測定物に接触した瞬間の各軸のリニヤスケールの値を読み取って被測定物の測定位置を求める。このようなタッチ信号プローブの例としては、特開平10-73429が知られている。これは先端に球状の接触子を備えた測定子を着座機構によって常に定位置に復帰可能とした構造で、接触子が被測定物に接触すると測定子が変位して着座機構から離脱すると同時に電気接点を開放してタッチ信号を出力する。
【０００７】
このタッチ信号プローブは、基本的には被測定物の１点の座標位置を求めるもので、被測定物の複数箇所を測定するためには、その都度の測定動作が必要となるので、例えば被測定物の輪郭データを密に求める場合には、多くの位置決め、測定動作を行う必要があって、全体の測定時間が長くなり、その結果、温度変化などの環境変動の影響を受けることになって、高精度測定には必ずしも適していない。
【０００８】
これに対して、倣いプローブは、被測定物の位置を連続的に測定することが可能なので、被測定物の複数箇所を測定して輪郭データを密に高速に求めることが容易に出来るので、環境変動の影響を受け難く、全体として高精度測定ができる可能性がある。
このような倣いプローブとしては、特開平5-256640に示されたプローブがある。このプローブは、基台に対してそれぞれ直交方向に移動自在なＸ軸スライダとＹ軸スライダとＺ軸スライダを介して触針が支持されており、この基台及び３つのスライダの間の摺動部には加圧空気が送出され空気軸受けを構成することにより極めて摩擦が少ない案内機構が構成されている。また、この基台とＺ軸スライダ、Ｚ軸スライダとＹ軸スライダと、Ｙ軸スライダとＸ軸スライダとの各々の相対変位を検出するＺ軸センサ、Ｙ軸センサ、Ｘ軸センサの３つのセンサが設けられており、これら３つのセンサによって触針の三次元的な変位量を求めることができるようになっている。
【０００９】
これらのセンサは例えばアブソリュート光学式直線スケールが用いられる。従って、この倣いプローブの触針（測定子）を被測定物の表面に接触させたまま、被測定物に対して倣いプローブを、被測定物の表面方向に相対移動させれば、触針は被測定物の表面の輪郭形状に沿って変位するので、被測定物の輪郭形状データを連続的に収集することが出来る。この場合、輪郭形状データは、倣いプローブから出力される３つのセンサの出力と、三次元測定機の駆動機構の変位を測定するリニヤスケールの値を合成して求める。
なお、触針が被測定物に接触していない場合の倣いプローブのＸ軸スライダ、Ｙ軸スライダ、Ｚ軸スライダの通常停止位置（復帰位置）は、各々のアブソリュートセンサの原点位置とされる。
図６のブロック図に示すように、倣いプローブ１１８にはＸ軸センサ２５１、Ｙ軸センサ２５２、Ｚ軸センサ２５３が内蔵されており、測定子１１９のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向への変位に従って、その変位量を各々出力する。
【００１０】
駆動装置２６０には、Ｘ軸駆動機構１０５を駆動するＸ軸駆動回路２６１、Ｙ軸駆動機構１１５を駆動するＹ軸駆動回路２６２、Ｚ軸駆動機構１２５を駆動するＺ軸駆動回路２６３、Ｘ軸スケール２４４の出力を計数するＸ軸カウンタ２６４、Ｙ軸スケール２４５の出力を計数するＹ軸カウンタ２６５、Ｚ軸スケール２４６の出力を計数するＺ軸カウンタ２６６、Ｘ軸センサ２５１の出力を計数するＸ軸Ｐカウンタ２６７、Ｙ軸センサ２５２の出力を計数するＹ軸Ｐカウンタ２６８、Ｚ軸センサ２５３の出力を計数するＺ軸Ｐカウンタ２６９が含まれており、各々は計算機２７０に接続されている。従って、三次元測定機１００のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各軸は計算機２７０の指令によって任意速度で任意位置に位置決めが可能である。又、計算機２７０は各カウンタ２６４〜２６９の計数値を入力して、スピンドル２１７のＸ軸、Y軸、Ｚ軸の各軸の現在位置および倣いプローブ１１８の測定子１１９の現在変位を知ることが出来るように構成されている。
【００１１】
計算機２７０は、駆動装置２６０と情報交換を行うための図示しない接続装置を備えるほかは、公知の計算機と同様で、中央演算装置、記憶装置、入力装置、表示装置、印字装置、出力装置を備えており、記憶装置に格納されたプログラムによって、三次元測定機１００の誤差補正、倣いプローブデータの収集、誤差の算出、誤差の表示、誤差の関数化、補正データの出力などの校正処理全般が自動制御あるいは必要に応じてそれぞれの機能を半自動制御あるいは手動制御される。
【００１２】
計算機２７０と駆動装置２６０との情報交換は通常は有線通信でＩＥＥＥ４８８などの伝送制御手順を利用して行われるが、必要に応じて無線通信や光通信などを用いても良い。
【００１３】
どのようなタイプのプローブを使用した場合であっても、プローブの基準位置（通常はスピンドル１１７の下端）から測定点（接触球１２１の中心）までのオフセット（プローブベクトル）は各プローブ固有の値を有する。一方、三次元測定機には、特許第2902285号に記載されたような、平行誤差（各軸スケール誤差、各軸水平方向真直誤差、各軸垂直方向真直誤差）および回転誤差（各軸ピッチング誤差、各軸ヨーイング誤差、各軸ローリング誤差、各軸間直角誤差）が存在する。これらの誤差は、各軸のスケール２４４、２４５、２４６の計数出力（各軸カウンタ２６４、２６５、２６６の出力）とプローブベクトルPの誤差補正関数f として表せるので、誤差補正済の測定点（接触球１２１の中心）座標x′ （ベクトル）は次のようになる。
【００１４】
x′ = x + f(x,P) …（１）
ここで、xは補正前の計数出力、Pはプローブベクトルを示し、いずれもベクトルである。
プローブベクトルＰが誤差要因となるのは、主に三次元測定機自体のスライダの回転誤差の影響によるものである。
この誤差補正関数fによる誤差補正を、三次元測定機の各軸の位置制御ループ内に組込んでおけば、この位置制御ループに対して、移動目標点を指令するのみで、誤差補正済の正確な目標点へ移動することが出来る。更に、補正が時々刻々と行われるので、輪郭制御を行う場合でも正確な軌跡の制御が行える。ところが誤差補正関数fが複雑で、その演算処理に時間がかかり、制御ループ内でf変換処理が出来ない場合がある。このような場合に、特許第2798873号に示されるように、制御ループ外に誤差補正逆関数f-1を配置することが行われる。このようにすれば、移動目標点を一旦、誤差補正逆関数f-1によって、誤差を含む三次元座標測定機の運動座標系に変換して制御ループへ与えるので、制御ループ内では誤差補正を行う必要がなく、高速処理が可能となる。
【００１５】
x = x′ - f-1（x′,P） …（２）
プローブベクトルＰは前記の通り、スピンドルの基準位置から、測定子先端の接触球１２１の中心位置までのオフセットを与えるものであり、プローブが交換あるいは姿勢変更された場合に、このプローブベクトルも新しいプローブに対応するものを用いれば、異なるプローブあるいは異なる姿勢であっても、同一のパートプログラムが使用可能であり、さらに誤差補正も合せて正確に行うことができる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、プローブ交換あるいはプローブ姿勢変更を行う度に、校正を行って、プローブベクトルＰを求める必要が生じる。
これらの校正作業は通常、図７のフローチャートに示すように次のようにして行われる。
（ａ）三次元測定機のスピンドル１１７の先端に取り付けたプローブ１１８を交換又は姿勢変更によって更新し、更新前のプローブベクトルP0、基準球の半径値などの校正情報を計算機２７０へ入力する。（ステップ３２０）
（ｂ）プローブ１１８によって基準球１２０の４箇所以上の点測定による手動予備測定を行い、各々の測定点における座標値から、基準球１２０の第１の中心座標値を算出する。測定箇所は、例えば基準球の北極位置（頂上部１箇所）、赤道位置（４箇所）のように選択する。（ステップ３３０）
【００１７】
（ｃ）基準球１２０の第１の中心座標値、基準球の半径値（既知）、プローブベクトルP0、を用い、点測定による基準球測定用のパートプログラムを作成する。この時の測定点は、５点程度とする。（この測定は手動で行っても良いが、測定結果のバラツキが大きくなることから、通常はパートプログラムを作成して自動測定を行う。）（ステップ３４０）
（ｄ）点測定による基準球測定用のパートプログラムを実行して測定点の座標値を求め、その結果から、基準球１２０の第２の中心座標値（ステップ２３０で求めた値より正確である）を求めると共に、仮のプローブベクトルＰを用いて測定した基準球の中心座標値C0（プローブ更新前に測定した中心座標値）からのシフト量を算出して新たなプローブベクトルPを求める。（ステップ３５０）
【００１８】
以上の（ａ）から（ｄ）の校正処理は、プローブを交換した場合や、プローブ取付姿勢を変更した場合にはその都度行う必要がある上、その作業には温度管理の徹底など、細心の注意を要する。従って、これらの校正作業は熟練した校正作業者が多大な時間を費やして行う必要があるが、それにもかかわらず、必ずしも十分な校正精度が得られていなかった。
さらに前記の通り、三次元測定機が示す座標値は、プローブベクトルＰを要因とする誤差を含んでいるため、スピンドルに対するプローブの取付姿勢が変更された場合あるいは、異なるプローブに交換された場合には、正しい新プローブベクトルＰを求める必要がある。これに対して、姿勢変更後は、新プローブベクトルＰが未知であるため、正しく誤差補正を行うことが出来ないことから、測定点における正しい座標値が得られず、結果として正しい新プローブベクトルＰも求められないという問題がある。
【００１９】
この問題に対しては、特許第2902285号によって解決策が提案されているが、この特許第2902285号によるシステムは、プローブの姿勢変更後に、変更前の旧プローブベクトルを用いて基準球の測定を行い、その結果から基準球中心の座標値を算出し、プローブの姿勢変更前に測定した基準球中心座標値との差を用いて新プローブベクトルを算出する際に、三次元測定機自体の誤差の影響を防ぐために、姿勢変更後の旧プローブベクトルを用いた基準球の測定座標値の誤差が許容値の範囲内に収まるまで徐々に修正するものである。
【００２０】
これに対して、近年の三次元測定機は大型化が進むと共に、三次元測定機の誤差を加工精度によって確保するよりも誤差補正技術で補正して原価低減を図る傾向があり、その結果、三次元測定機自体の誤差の大きさが拡大する一方、測定精度に対する要求はより厳しいものになりつつある。このような場合には、特許第2902285号による補正システムは、精度面で必ずしも十分ではない場合があった。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、校正の手間を増やすことなく、プローブベクトルの校正の高精度化が可能な校正方法を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、被測定物を測定するプローブを交換あるいは姿勢変更による更新を行った後に、前記プローブの測定子のオフセットを示すプローブベクトルを校正するプローブの校正方法において、前記プローブを交換あるいは姿勢変更した後、前記更新前のプローブベクトルを用いて校正基準を測定して測定値を得る予備測定ステップと、前記予備測定ステップで得た前記測定値と、前記プローブの更新前のプローブベクトルを用いて誤差補正変換を行ない、その結果からプローブベクトルを推定するプローブベクトル推定ステップと、前記推定プローブベクトルを用いて前記校正基準を測定するパートプログラムを作成すると共に該パートプログラムを実行して校正測定を行う校正測定ステップと、前記校正測定ステップにおける測定結果から、前記プローブベクトルの校正値を算出するプローブベクトル校正ステップと、を備えることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、プローブを交換あるいは姿勢変更を行う前のプローブベクトルと、基準球を手動測定した結果から、三次元測定機等に固有の誤差を誤差補正によって回避しつつプローブの交換後あるいは姿勢変更後のプローブベクトルを推定し、その推定結果を用いて校正測定を行うので、より精密な校正測定が可能となって、その結果から算出されるプローブの交換後あるいは姿勢変更後のプローブベクトルの校正値の精度がより向上する。
【００２３】
さらに本発明は、前記プローブベクトル推定ステップの繰返し実行を判定する繰返し判定ステップを更に備え、該繰返し判定ステップにおいて、繰返しが所定回数未満であると判定された場合に、直前のプローブベクトル推定ステップにおいて推定されたプローブベクトルで、前記更新前のプローブベクトルを置き換えて、さらに前記プローブベクトル推定ステップを実行する、ことが好ましい。
【００２４】
このようにすれば、プローブベクトル推定ステップを繰り返して実行することが出来る。この繰返しの際に、直前のプローブベクトル推定ステップにおいて推定されたプローブベクトル（最新の計算結果）で、前記更新前のプローブベクトルを置き換えるので、次に実行されるプローブベクトル推定ステップにおいては、予備測定ステップで得た測定値を、最新の計算結果の推定プローブベクトルで誤差補正変換を行うこととなり、推定プローブベクトルが真値に近づいているので、誤差補正変換結果の精度も向上し、その結果、再計算される推定プローブベクトルはさらに真値に近くなる。このようにプローブベクトル推定ステップを繰り返して実行する毎に推定プローブベクトルは真値に近づいていくが、現実的には、1回乃至2回の繰返しで十分な精度に到達することが実験で確かめられている。このように、プローブベクトルの推定にあたって、三次元測定機等に固有の誤差を回避することが、より容易となり、校正測定に用いるプローブベクトルの推定値の精度がより向上するので、より精密な校正測定が可能となって、その結果から算出されるプローブの交換後あるいは姿勢変更後のプローブベクトルの校正値の精度がより向上する。
【００２５】
また本発明は、前記繰返し判定ステップにおいて、前記繰返しが所定回数未満であると判定された場合に、直前のプローブベクトル推定ステップにおける前記誤差補正変換の結果を前記置き換え前の更新前のプローブベクトルによって誤差補正逆変換し、その結果によって前記測定値を置きかえる処理を含む、ことが好ましい。
【００２６】
このようにすれば、繰返し判定ステップにおいて、前記繰返しが所定回数未満であると判定された場合に、直前のプローブベクトル推定ステップにおける前記誤差補正変換の結果を前記置き換え前の更新前のプローブベクトルによって誤差補正逆変換し、その結果によって前記測定値を置きかえる処理が行える。その結果、次に実行されるプローブベクトル推定ステップにおいては、測定値は最新の測定値に置きかえられており、さらにプローブベクトルも最新の計算結果で置きかえられているので、推定プローブベクトルの計算結果が更に真値に近づく。
【００２７】
さらに本発明は、前記校正基準は球である、ことが好ましい。
このようにすれば、加工の容易な高精度の基準球を用いてより高い精度でプローブの校正が行える。
また、本発明によるプローブの校正方法をコンピュータに実行させる校正プログラムとすることが好ましい。このようにすれば、例えば、安価な汎用のコンピュータを用いて、そのコンピュータに本プログラムを実行させることが容易になり、本発明の利用促進を大幅に図ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を用いた好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、全図中において同一符号を付したものは同一構成要素を表わしている。
図１は、本発明の第１実施形態にかかるプローブの校正方法を示す。
まず、ステップ１０で処理を開始し、次にステップ２０において、プローブ１１８を交換あるいは姿勢変更を行い、基準球の半径値（校正済で既知）、仮のプローブベクトルP0（プローブを交換した場合は、交換前のプローブベクトル、あるいは姿勢変更を行った場合は、姿勢変更前のプローブベクトル）、仮のプローブベクトルP0で測定した場合の基準球の中心座標値C0（前回あるいは姿勢変更前に測定した基準球の中心座標値）、などを計算機２７０へ入力して校正の準備を行う。プローブの姿勢変更の例としては、図４（ａ）に示すようなＸＹ平面内におけるプローブの回転や、図４（ｂ）に示すようなＹＺ平面内におけるプローブの回転、さらにＸＺ平面内におけるプローブの回転、あるいは、これらの姿勢変更を複合して行うことが考えられる。
【００２９】
次に、ステップ３０において、プローブ１１８によって基準球１２０の４箇所以上の点測定による手動予備測定を行い、各々の測定点における座標値xi（ベクトル i＝１〜ｎ ｎ＞３）を求める。測定箇所は、例えば基準球の北極位置（１箇所）、赤道位置（４箇所）のように選択する。
その後、ステップ４０において、ステップ３０で測定した各々の測定点における測定値（座標値）xiとプローブベクトルP0を用いて（１）式により誤差補正を行って、補正済座標値xi′ を求める。
【００３０】
xi′ = xi + f(xi,P0) …（３）
次に補正済座標値xi′ から基準球の中心座標値C1′ を算出する。その後、基準球の中心座標値C0に対する中心座標値C1′ のオフセット分をプローブベクトルP0に対して修正して、推定プローブベクトルP1′ を算出する。
P1′ = P0 +（ C1′ - C0 ） …（４）
次に、ステップ５０において、基準球の中心座標値C1′ 、推定プローブベクトルP1′ 、基準球の半径値（既知）、を用い、点測定による基準球測定用の校正測定パートプログラムを作成する。この時の測定点は、５点程度とする。
【００３１】
次に、ステップ６０において、校正測定パートプログラムを実行して測定点の座標値を求め、その結果から、基準球１２０の第２の中心座標値C2（ステップ４０で求めた値より正確である）を求めると共に、基準球の中心座標値C0に対する第２の中心座標値C2のオフセット分をプローブベクトルP0に修正して最終のプローブベクトルP を得る。
P = P0 +（ C2 - C0 ） …（５）
その後、ステップ７０において処理を終了する。
【００３２】
この図１に示す第１の実施形態によれば、次に示す効果がある。
（１）基準球の測定値xiに対して三次元測定機固有の誤差を補正して補正済座標値xi′ を求め、その結果から得られる基準球の中心座標値C1′を基にして推定プローブベクトルP1′ を算出し、この推定プローブベクトルP1′ を用いて校正測定パートプログラムを作成して、基準球の校正測定を行うので、この校正測定パートプログラムによる基準球測定の精度が向上し、従って、この結果から得られる最終のプローブベクトルPの精度がより向上する。
【００３３】
次に、図２に第２実施形態にかかるプローブの校正方法を示す。
この第２実施形態は、第１実施形態におけるステップ４０を複数回実行可能とするために、ステップ１５０を設け、更に更新前プローブベクトルを置き換えるステップ１６０を設けたほかは、第１実施形態と同一である。
ステップ１５０では、所定繰返し回数のチェックを行い、繰返しが終了した場合は、ステップ１７０を実行する。繰返しが終了していない場合は、ステップ１６０を実行した後にステップ１４０を実行する。
【００３４】
ステップ１６０では、直前に実行されたステップ１４０において算出された推定プローブベクトルP1′で、更新前のプローブベクトルP0を置き換える。
その後、再度ステップ１４０を実行した場合は、プローブベクトルP0が推定プローブベクトルP1′で置き換えられているため、前記（３）式は実質的には次のように実行される。
xi′ = xi + f(xi,P1′) …（６）
【００３５】
この様に、更新前のプローブベクトルP0を直前に算出された推定プローブベクトルP1′で置き換えながら繰返し回数が所定回数に達するまでステップ１４０を繰り返し実行し、所定回数に達した後、ステップ１７０を実行する。
【００３６】
この図２に示す第２の実施形態によれば、第１実施形態における（１）の効果の他に次に示す効果がある。
（２）更新前のプローブベクトルP0を直前に算出された推定プローブベクトルP1′で置き換えた後、この推定プローブベクトルP1′で誤差補正を行うので、誤差補正の精度が向上し、その結果、新たに算出される推定プローブベクトルP1′の精度も向上する。このように繰返し回数が所定回数に達するまで推定プローブベクトル計算を繰り返し実行するので、推定プローブベクトルP1′の算出精度が更に向上する。この精度の向上した推定プローブベクトルP1′ を用いて校正測定パートプログラムを作成し、基準球の校正測定を行うので、この校正測定パートプログラムによる基準球測定の精度が更に向上し、従って、この結果から得られる最終のプローブベクトルPの精度が更に向上する。
【００３７】
次に、図３に第３実施形態にかかるプローブの校正方法を示す。
この第３実施形態は、第２実施形態におけるステップ１６０を実行する前に、ステップ２６０によって測定値xiを置き換えるほかは、第２実施形態と同一である。
ステップ２６０では、直前に実行されたステップ２４０において算出された測定値の誤差補正変換結果xi′を、直前のステップ２４０において誤差補正変換に用いられたプローブベクトルによって逆変換して新たな測定値xi″を算出して、この結果で測定値xiを置き換える。
xi″ = xi′ - f-1（xi′,P0） …（７）
【００３８】
その後、ステップ２７０で、直前に実行されたステップ２４０において算出された推定プローブベクトルP1′で、更新前のプローブベクトルP0を置き換える。
その後、再度ステップ２４０を実行した場合は、プローブベクトルP0が推定プローブベクトルP1′で置き換えられており、更に測定値xiも新たな測定値xi″で置き換えられているので、前記（６）式は、実質的には次のように実行される。
xi′ = xi″ + f(xi″,P1′) …（８）
【００３９】
この様に、更新前のプローブベクトルP0と測定値xiを置き換えながら繰返し回数が所定回数に達するまでステップ２４０を繰り返し実行し、所定回数に達した後、ステップ２８０を実行する。
この図３に示す第３の実施形態によれば、前記実施形態における（１）と（２）の効果の他に次に示す効果がある。
【００４０】
（３）更新前のプローブベクトルP0を直前に算出された推定プローブベクトルP1′で置き換え、さらに測定値xiを誤差補正逆変換結果xi″で置き換えて、その後に誤差補正を行うので、誤差補正の精度が向上し、その結果、新たに算出される推定プローブベクトルP1′の精度も更に向上する。更に繰返し回数が所定回数に達するまで推定プローブベクトル計算を繰り返し実行するので、推定プローブベクトルP1′の算出精度が更に向上する。この精度の向上した推定プローブベクトルP1′ を用いて校正測定パートプログラムを作成し、基準球の校正測定を行うので、この校正測定パートプログラムによる基準球測定の精度が更に向上し、従って、この結果から得られる最終のプローブベクトルPの精度が更に向上する。
【００４１】
以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は、この実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更が可能である。
たとえば、各実施形態においては、接触式のプローブに限って説明したが、CCDカメラやイメージセンサあるいは静電容量式や電磁誘導式の非接触プローブであっても良い。また、プローブはタッチ信号プローブや倣いプローブでも良い。
さらに、校正基準としては、基準球に限って説明したが、精密加工されたゲージブロックなどを用いても良い。
【００４２】
また、測定装置としては三次元測定機を用いる場合に限って説明したが、その他の輪郭形状測定機、真円度測定機、画像測定機などに用いられるプローブであっても、本発明によって高精度な校正を行うことができる。
さらに、これらのプローブの校正方法をコンピュータに実行させる校正プログラムとしてもよく、この校正プログラムは、CD-ROMなどの可搬形の記憶メディアを用いて、各種のコンピュータで実行可能な形で格納することができる。また、この校正プログラムは、機械言語に翻訳されるコンパイル形式であっても、あるいは中間言語に翻訳されるインタプリタ形式であっても良い。
【００４３】
また、計算機２７０に前記校正プログラムを実行させてプローブの校正装置を構成することが出来る。すなわち、図１から図３のステップ２０、１２０、２２０によって校正条件入力手段を、ステップ３０、１３０、２３０によって予備測定データ入力手段、ステップ４０、１４０、２４０によって推定プローブベクトル算出手段、ステップ５０、１７０、２８０によって校正測定パートプログラム作成手段、ステップ６０、１８０、２９０によってプローブベクトル算出手段、ステップ１５０、２５０によって繰り返し判別手段、ステップ１６０、２７０によって更新前プローブベクトル置き換え手段、ステップ２６０によって測定値置き換え手段を構成することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、プローブベクトルの校正を高精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の校正方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明に係る第２実施形態の校正方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明に係る第３実施形態の校正方法を示すフローチャートである。
【図４】校正方法の説明図である。
【図５】本発明を実施する三次元測定機の斜視図である。
【図６】同三次元測定システムのブロック図である。
【図７】従来技術によるプローブの校正方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１００ 三次元測定機
１１８ プローブ
１１９ 測定子
１２０ 基準球
１２１ 接触球
２６０ 駆動装置
２７０ 計算機
Claims (5)
- 被測定物を測定するプローブを交換あるいは姿勢変更による更新を行った後に、前記プローブの測定子のオフセットを示すプローブベクトルを校正するプローブの校正方法において、
前記プローブを交換あるいは姿勢変更した後、前記更新前のプローブベクトルを用いて校正基準を測定して測定値を得る予備測定ステップと、
前記予備測定ステップで得た前記測定値と、前記プローブの更新前のプローブベクトルを用いて誤差補正変換を行ない、その結果からプローブベクトルを推定するプローブベクトル推定ステップと、
前記推定プローブベクトルを用いて前記校正基準を測定するパートプログラムを作成すると共に該パートプログラムを実行して校正測定を行う校正測定ステップと、
前記校正測定ステップにおける測定結果から、前記プローブベクトルの校正値を算出するプローブベクトル校正ステップと、
を備えることを特徴とするプローブの校正方法。 - 前記プローブベクトル推定ステップの繰返し実行を判定する繰返し判定ステップを更に備え、
該繰返し判定ステップにおいて、繰返しが所定回数未満であると判定された場合に、直前のプローブベクトル推定ステップにおいて推定されたプローブベクトルで、前記更新前のプローブベクトルを置き換えて、さらに前記プローブベクトル推定ステップを実行する、
ことを特徴とする請求項１に記載のプローブの校正方法。 - 前記繰返し判定ステップにおいて、
前記繰返しが所定回数未満であると判定された場合に、直前のプローブベクトル推定ステップにおける前記誤差補正変換の結果を前記置き換え前の更新前のプローブベクトルによって誤差補正逆変換し、その結果によって前記測定値を置きかえる処理を含む、
ことを特徴とする請求項２に記載のプローブの校正方法。 - 前記校正基準は球である、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３に記載のプローブの校正方法。 - 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のプローブの校正方法をコンピュータに実行させること、
を特徴とした倣いプローブの校正プログラム。
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