特許 6113963 形状測定方法、及び形状測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6113963

(24)【登録日】2017年3月24日

(45)【発行日】2017年4月12日

(54)【発明の名称】形状測定方法、及び形状測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01B 5/008 20060101AFI20170403BHJP

   G01B 21/20 20060101ALI20170403BHJP

   G01B 5/20 20060101ALI20170403BHJP

【ＦＩ】

   G01B5/008

   G01B21/20 102Z

   G01B5/20 C

【請求項の数】3

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2012-101715(P2012-101715)

(22)【出願日】2012年4月26日

(65)【公開番号】特開2013-228326(P2013-228326A)

(43)【公開日】2013年11月7日

【審査請求日】2015年3月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000137694

【氏名又は名称】株式会社ミツトヨ

(74)【代理人】

【識別番号】110000637

【氏名又は名称】特許業務法人樹之下知的財産事務所

(72)【発明者】

【氏名】野田 孝

(72)【発明者】

【氏名】神谷 浩

(72)【発明者】

【氏名】菊池 直也

【審査官】 眞岩 久恵

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５３−１０２７７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３４５１２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ５／００−５／３０

Ｇ０１Ｂ ２１／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

被測定物に接触する測定子を有するプローブと、前記プローブを移動させる移動機構と、前記移動機構を制御する制御装置とを備え、前記測定子を前記被測定物の測定対象面に押し込んだ状態で前記測定対象面に倣って前記測定子を移動させることによって前記測定対象面の形状を測定する形状測定装置に用いられる形状測定方法であって、
前記制御装置が、
前記被測定物の形状に関する形状情報を取得する情報取得ステップと、
前記情報取得ステップにて取得した前記形状情報に基づいて、前記移動機構にて前記プローブを移動させるためのプローブ指令値を算出するプローブ指令値算出ステップとを実行し、
前記プローブ指令値は、
前記形状情報に基づく前記被測定物の形状に応じて仮想的に設定される仮想円錐における底面の中心位置を通り前記仮想円錐の側面に平行な基準軸と前記測定子の中心位置との距離が一定な状態で、前記仮想円錐の側面に沿って前記測定子を移動させるための指令値であり、前記測定子の前記プローブ位置における倣い方向の速度ベクトルＶ_Ｃを含み、
前記速度ベクトルＶ_Ｃは、
前記測定子が前記被測定物に当接する際のプローブ位置を通り前記基準軸に垂直な方向に係る前記測定子の速度ベクトルをベクトルＶ_Ｈ、
前記測定子の押込み方向に係る速度ベクトルをベクトルＶ_Ｅ、
前記測定子の進行方向に係る速度ベクトルをベクトルＶ_Ｆ、
前記プローブ位置を通り前記基準軸に垂直な方向の単位ベクトルと前記測定子の押込み量に基づくベクトルの単位ベクトルとの外積により求められるベクトルの単位ベクトルをベクトルＶ_ｕ、
前記進行方向の速度を制御するためのパラメーターをｎとして、

【数1】

により算出される
ことを特徴とする形状測定方法。

【請求項2】

被測定物に接触する測定子を有するプローブと、前記プローブを移動させる移動機構と、前記移動機構を制御する制御装置とを備え、前記測定子を前記被測定物の測定対象面に押し込んだ状態で前記測定対象面に倣って前記測定子を移動させることによって前記測定対象面の形状を測定する形状測定装置に用いられる形状測定方法であって、
前記形状測定装置は、前記被測定物が固定されるとともに、回転することで前記プローブに対して前記被測定物を回転させる回転テーブルを備え、
前記制御装置が、
前記被測定物の形状に関する形状情報を取得する情報取得ステップと、
前記情報取得時に取得した前記形状情報に基づいて、前記移動機構にて前記プローブを移動させるための第１の指令値を算出する第１の指令値算出ステップと、
前記回転テーブルを回転させるためのテーブル指令値を算出するテーブル指令値算出ステップと、
前記第１の指令値を補正してプローブ指令値を算出する第２のプローブ指令値算出ステップと、を実施し、
前記第１のプローブ指令値算出ステップは、前記形状情報に基づく前記被測定物の形状に応じて仮想的に設定される仮想円錐における底面の中心位置を通り前記仮想円錐の側面に平行な基準軸と前記測定子の中心位置との距離が一定な状態で、前記仮想円錐の側面に沿って前記基準軸に平行な直線方向に前記測定子を移動させるための前記第１の指令値を算出し、
前記テーブル指令値算出ステップは、前記テーブル指令値は、前記第１の指令値及び前記プローブの位置に基づいて算出される前記回転テーブルの角速度と、前記角速度の角度補償係数に基づいて算出される補正角速度と、に基づいて前記テーブル指令値を算出し、
前記第２のプローブ指令値算出ステップは、前記テーブル指令値に基づいて算出される速度ベクトルと、前記第１の指令値とを合成して前記プローブ指令値を算出する
ことを特徴とする形状測定方法。

【請求項3】

被測定物に接触する測定子を有するプローブと、前記プローブを移動させる移動機構と、前記移動機構を制御する制御装置とを備え、前記測定子を前記被測定物の測定対象面に押し込んだ状態で前記測定対象面に倣って前記測定子を移動させることによって前記測定対象面の形状を測定する形状測定装置であって、
前記制御装置は、
前記被測定物の形状に関する形状情報を取得する情報取得部と、
前記情報取得部にて取得された前記形状情報に基づいて、前記移動機構にて前記プローブを移動させるためのプローブ指令値を算出するプローブ指令部とを備え、
前記プローブ指令値は、
前記形状情報に基づく前記被測定物の外形に応じて仮想的に設定される仮想円錐における底面の中心位置を通り前記仮想円錐の側面に平行な基準軸と前記測定子の中心位置との距離が一定な状態で、前記仮想円錐の側面に沿って前記測定子を移動させるための指令値であり、前記測定子の前記プローブ位置における倣い方向の速度ベクトルＶ_Ｃを含み、
前記速度ベクトルＶ_Ｃは、
前記測定子が前記被測定物に当接する際のプローブ位置を通り前記基準軸に垂直な方向に係る前記測定子の速度ベクトルをベクトルＶ_Ｈ、
前記測定子の押込み方向に係る速度ベクトルをベクトルＶ_Ｅ、
前記測定子の進行方向に係る速度ベクトルをベクトルＶ_Ｆ、
前記プローブ位置を通り前記基準軸に垂直な方向の単位ベクトルと前記測定子の押込み量に基づくベクトルの単位ベクトルとの外積により求められるベクトルの単位ベクトルをベクトルＶ_ｕ、
前記進行方向の速度を制御するためのパラメーターをｎとして、

【数2】

により算出される
ことを特徴とする形状測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、形状測定方法、及び形状測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、被測定物に接触する測定子を有するプローブと、プローブを移動させる移動機構と、移動機構を制御する制御装置とを備え、測定子を被測定物に押し込んだ状態で被測定物の測定対象面に倣って測定子を移動させることによって被測定物の形状を測定する形状測定装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１に記載の三次元測定機（形状測定装置）では、モーションコントローラは、測定子を被測定物に押し込んだ状態で被測定物の測定対象面に倣って測定子を移動させるための速度ベクトル（プローブ指令値）を生成する自律倣いベクトル生成部を備える。

【0003】

図１８は、円錐台状の被測定物Ｗの測定対象面（円錐台状の側面）に倣って測定子１００を移動させている状態を示す図である。
自律倣いベクトル生成部では、図１８に示すように、被測定物Ｗの中心軸をＺ_Ｗ軸とし、Ｚ_Ｗ軸に直交する２軸をＸ_Ｗ軸及びＹ_Ｗ軸とした被測定物Ｗの形状を測定するためのワーク座標系を設定している。以下では、Ｚ_Ｗ軸方向、すなわち、被測定物Ｗの高さ方向における座標値をＺ_ｈで一定とする拘束平面Ｓ（図１８中、二点鎖線）内において、被測定物Ｗの測定対象面に倣って測定子１００を移動させることによって、Ｚ_Ｗ軸座標値Ｚ_ｈにおける被測定物Ｗの形状を測定する場合（以下、高さ一定倣い測定）について説明する。なお、図１８では、測定対象となる点（以下、測定対象点）の軌跡ＬＳを二点鎖線で示している。また、図１８では、図面を簡略化するため、前述したＺ_Ｗ軸座標値Ｚ_ｈの他、後述する数式内で用いられる一部の符号を省略している。

【0004】

自律倣いベクトル生成部は、測定子１００を被測定物Ｗに押し込む方向、言い換えると、測定子１００を被測定物Ｗに押し込んだ状態としたときの測定子１００の振れ方向を、被測定物Ｗの測定対象面と、測定子１００との接触点における法線方向であるとして、以下の式（１）に示すように、倣いプローブの進行方向に係る速度ベクトルＶ_Ｐを生成する。

【0005】

【数1】

【0006】

式（１）において、Ｖ_Ｓは、進行方向の速度を制御するためのパラメータであり、例えば、振れ方向、または高さ方向の目標値からの偏差が大きくなると、Ｖ_Ｓは小さくなるように設定される。
また、ベクトルＰ_ｕは、以下の式（２）によって求められるベクトルＰの単位ベクトルである。

【0007】

【数2】

【0008】

式（２）において、演算子×は、ベクトルの外積を示している。以下の式でも同様である。
したがって、ベクトルＰは、測定子１００の振れ量に基づくベクトルＥと、Ｚ_Ｗ軸方向の単位ベクトルＺ_ｕとの外積である。
また、自律倣いベクトル生成部は、以下の式（３）に示すように、振れ方向に係る速度ベクトルＶ_Ｅを生成する。

【0009】

【数3】

【0010】

式（３）において、Ｖ_ｅは、振れ方向の速度を制御するためのパラメータである。また、Ｅ_０は、振れ方向の目標値となる倣いプローブの基準振れ量である。さらに、ベクトルＥ_ｕは、ベクトルＥの単位ベクトルである。
また、自律倣いベクトル生成部は、以下の式（４）に示すように、倣いプローブの高さ方向に係る速度ベクトルＶ_Ｈを生成する。

【0011】

【数4】

【0012】

式（４）において、Ｖ_ｈは、高さ方向の速度を制御するためのパラメータである。また、Ｃ_ｈは、測定子１００の中心位置のＺ_Ｗ軸座標値であり、Ｚ_ｈは、高さ方向の目標値となる拘束平面ＳのＺ_Ｗ軸座標値である。
さらに、ベクトルＨ_ｈは、Ｚ_Ｗ軸方向における大きさが１となる被測定物Ｗの測定対象面と平行なベクトルであり、以下の式（５），（６）によって求められる。

【0013】

【数5】

【0014】

式（５）において、演算子（，）は、ベクトルの内積を示している。以下の式でも同様である。
したがって、ベクトルＨ_ｈは、ベクトルＨ_ｕと、Ｚ_Ｗ軸方向の単位ベクトルＺ_ｕとの内積でベクトルＨ_ｕを除したものであり、ベクトルＨ_ｕは、ベクトルＰ_ｕと、ベクトルＥ_ｕとの外積である。

【0015】

そして、自律倣いベクトル生成部は、以下の式（７）に示すように、各速度ベクトルＶ_Ｐ，Ｖ_Ｅ，Ｖ_Ｈを合成することによって、被測定物Ｗの測定対象面に倣って測定子１００を移動させるための倣い方向に係る速度ベクトルＶ_Ｃ（プローブ指令値）を生成する。

【0016】

【数6】

【先行技術文献】

【特許文献】

【0017】

【特許文献1】特開２００５−３４５１２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0018】

図１９は、従来の課題を説明するための図である。具体的に、図１９（Ａ）は被測定物としてのすぐば傘歯車Ｗ１の斜視図であり、図１９（Ｂ）は図１９（Ａ）の領域Ａｒ１を拡大し、測定対象面である歯面ＷＦ１を示した斜視図である。
なお、図１９（Ａ）では、図面を簡略化するために、すぐば傘歯車Ｗ１において、一部の歯のみを実線で示し、他の歯については２点鎖線で仮想的に示している。
ところで、図１９に示すようなすぐば傘歯車Ｗ１の歯面ＷＦ１は、当該すぐば傘歯車Ｗ１の中心軸であるＺ_Ｗ軸に直交する平面（上述した拘束平面）に倣う形状ではない。
このため、上述した高さ一定倣い測定により歯面ＷＦ１に倣って測定子を移動させることが難しく、すなわち、歯面ＷＦ１を測定することが難しい。
そこで、図１９に示すようなすぐば傘歯車Ｗ１の歯面ＷＦ１を測定する際には、自律倣い測定ではなく、歯面ＷＦ１上の複数の点に対して測定子をそれぞれ接触させるポイント測定を採用することが考えられる。
しかしながら、ポイント測定により歯面ＷＦ１を測定する場合には、測定時間が多く掛かってしまう、という問題がある。

【0019】

本発明の目的は、測定時間を短縮できる形状測定方法、及び形状測定装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0020】

本発明の形状測定方法は、被測定物に接触する測定子を有するプローブと、前記プローブを移動させる移動機構と、前記移動機構を制御する制御装置とを備え、前記測定子を前記被測定物の測定対象面に押し込んだ状態で前記測定対象面に倣って前記測定子を移動させることによって前記測定対象面の形状を測定する形状測定装置に用いられる形状測定方法であって、前記制御装置が、前記被測定物の形状に関する形状情報を取得する情報取得ステップと、前記情報取得ステップにて取得した前記形状情報に基づいて、前記移動機構にて前記プローブを移動させるためのプローブ指令値を算出するプローブ指令値算出ステップとを実行し、前記プローブ指令値は、前記形状情報に基づく前記被測定物の形状に応じて仮想的に設定される仮想円錐における底面の中心位置を通り前記仮想円錐の側面に平行な基準軸と前記測定子の中心位置との距離が一定な状態で、前記仮想円錐の側面に沿って前記測定子を移動させるための指令値であり、前記測定子の前記プローブ位置における倣い方向の速度ベクトルＶ_Ｃを含み、前記速度ベクトルＶ_Ｃは、前記測定子が前記被測定物に当接する際のプローブ位置を通り前記基準軸に垂直な方向に係る前記測定子の速度ベクトルをベクトルＶ_Ｈ、前記測定子の押込み方向に係る速度ベクトルをベクトルＶ_Ｅ、前記測定子の進行方向に係る速度ベクトルをベクトルＶ_Ｆ、前記プローブ位置を通り前記基準軸に垂直な方向の単位ベクトルと前記測定子の押込み量に基づくベクトルの単位ベクトルとの外積により求められるベクトルの単位ベクトルをベクトルＶ_ｕ、前記進行方向の速度を制御するためのパラメーターをｎとして、後述する式（１６）（ただし、ベクトルＶ_Ｆは、後述する式（１４）により算出）により算出されることを特徴とする。

【0021】

ところで、すぐば傘歯車の外形形状は、円錐の一部を構成する略円錐台形状を有する。また、すぐば傘歯車の歯面は、当該すぐば傘歯車の外形形状に応じて仮想的に設定される上述した円錐（以下、仮想円錐）の側面に沿って延出するとともに、仮想円錐の縦断面に略倣う形状を有する。
本発明では、測定対象面であるすぐば傘歯車の歯面が仮想円錐の側面に沿って延出するとともに仮想円錐の縦断面に略倣うことに着目し、形状測定方法として、上述した情報取得ステップ及びプローブ指令値算出ステップを採用した。

【0022】

すなわち、形状測定装置の制御装置は、情報取得ステップにおいて、被測定物（すぐば傘歯車）の形状に関する形状情報（すぐば傘歯車の外形形状に応じて仮想的に設定される仮想円錐の頂角、当該仮想円錐の底面の半径、当該仮想円錐の底面の中心位置等を含む情報）を取得する。
そして、制御装置は、プローブ指令値算出ステップにおいて、上述した仮想円錐における底面の中心位置を通り当該仮想円錐の側面に平行な基準軸と測定値の中心位置との距離が一定な状態で、当該仮想円錐の側面に沿って測定子を移動させるためのプローブ指令値を算出する。
このため、プローブ指令値にしたがって移動機構を動作させることで、すぐば傘歯車の歯面に沿って測定子を移動させることができ、すなわち、自律倣い測定によりすぐば傘歯車の歯面を測定できる。
したがって、ポイント測定によりすぐば傘歯車の歯面を測定する場合と比較して、測定時間を大幅に短縮できる。

【0023】

本発明の形状測定方法は、被測定物に接触する測定子を有するプローブと、前記プローブを移動させる移動機構と、前記移動機構を制御する制御装置とを備え、前記測定子を前記被測定物の測定対象面に押し込んだ状態で前記測定対象面に倣って前記測定子を移動させることによって前記測定対象面の形状を測定する形状測定装置に用いられる形状測定方法であって、前記形状測定装置は、前記被測定物が固定されるとともに、回転することで前記プローブに対して前記被測定物を回転させる回転テーブルを備え、前記制御装置が、前記被測定物の形状に関する形状情報を取得する情報取得ステップと、前記情報取得時に取得した前記形状情報に基づいて、前記移動機構にて前記プローブを移動させるための第１の指令値を算出する第１の指令値算出ステップと、前記回転テーブルを回転させるためのテーブル指令値を算出するテーブル指令値算出ステップと、前記第１の指令値を補正してプローブ指令値を算出する第２のプローブ指令値算出ステップと、を実施し、前記第１のプローブ指令値算出ステップは、前記形状情報に基づく前記被測定物の形状に応じて仮想的に設定される仮想円錐における底面の中心位置を通り前記仮想円錐の側面に平行な基準軸と前記測定子の中心位置との距離が一定な状態で、前記仮想円錐の側面に沿って前記基準軸に平行な直線方向に前記測定子を移動させるための前記第１の指令値を算出し、前記テーブル指令値算出ステップは、前記テーブル指令値は、前記第１の指令値及び前記プローブの位置に基づいて算出される前記回転テーブルの角速度と、前記角速度の角度補償係数に基づいて算出される補正角速度と、に基づいて前記テーブル指令値を算出し、前記第２のプローブ指令値算出ステップは、前記テーブル指令値に基づいて算出される速度ベクトルと、前記第１の指令値とを合成して前記プローブ指令値を算出することを特徴とする。

【0024】

本発明では、形状測定方法は、上述したテーブル指令値算出ステップを備える。
このことにより、上述した歯すじが直線であるすぐば傘歯車に限らず、歯すじが曲線であるはすば傘歯車等の歯面についても自律倣い測定を行うことができる。
すなわち、テーブル指令値算出ステップでは、プローブ指令値に基づいて、回転テーブルを回転させるためのテーブル指令値を算出する。このため、テーブル指令値にしたがって回転テーブルを動作させることで、プローブ指令値に基づく測定子の移動に同期させて回転テーブル（被測定物）を回転させることができ、はすば傘歯車等における曲線的な歯すじに倣って測定子を移動させることができる。
また、プローブ指令値に基づく測定子の移動に同期させて回転テーブルを回転させることができるので、はすば傘歯車等の歯面について自律倣い測定を行う際に、はすば傘歯車とプローブとの機械的な干渉を考慮してプローブの姿勢を変更する必要がない。すなわち、プローブの姿勢の変更動作を省略できるため、測定時間をさらに短縮できる。

【0025】

本発明の形状測定装置は、被測定物に接触する測定子を有するプローブと、前記プローブを移動させる移動機構と、前記移動機構を制御する制御装置とを備え、前記測定子を前記被測定物の測定対象面に押し込んだ状態で前記測定対象面に倣って前記測定子を移動させることによって前記測定対象面の形状を測定する形状測定装置であって、前記制御装置は、前記被測定物の形状に関する形状情報を取得する情報取得部と、前記情報取得部にて取得された前記形状情報に基づいて、前記移動機構にて前記プローブを移動させるためのプローブ指令値を算出するプローブ指令部とを備え、前記プローブ指令値は、前記形状情報に基づく前記被測定物の外形に応じて仮想的に設定される仮想円錐における底面の中心位置を通り前記仮想円錐の側面に平行な基準軸と前記測定子の中心位置との距離が一定な状態で、前記仮想円錐の側面に沿って前記測定子を移動させるための指令値であり、前記測定子の前記プローブ位置における倣い方向の速度ベクトルＶ_Ｃを含み、前記速度ベクトルＶ_Ｃは、前記測定子が前記被測定物に当接する際のプローブ位置を通り前記基準軸に垂直な方向に係る前記測定子の速度ベクトルをベクトルＶ_Ｈ、前記測定子の押込み方向に係る速度ベクトルをベクトルＶ_Ｅ、前記測定子の進行方向に係る速度ベクトルをベクトルＶ_Ｆ、前記プローブ位置を通り前記基準軸に垂直な方向の単位ベクトルと前記測定子の押込み量に基づくベクトルの単位ベクトルとの外積により求められるベクトルの単位ベクトルをベクトルＶ_ｕ、前記進行方向の速度を制御するためのパラメーターをｎとして、後述する式（１６）（ただし、ベクトルＶ_Ｆは、後述する式（１４）により算出）により算出されることを特徴とする。
本発明の形状測定装置は、上述した形状測定方法を実施する装置であるので、上述した形状測定方法と同様の作用及び効果を享受できる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】第１実施形態における三次元測定機を示す全体模式図。

【図2】第１実施形態における三次元測定機の概略構成を示すブロック図。

【図3】第１実施形態におけるプローブ指令値を概念的に説明するための図。

【図4】第１実施形態におけるプローブ指令値を概念的に説明するための図。

【図5】第１実施形態における形状測定方法を説明するフローチャート。

【図6】第１実施形態における形状測定方法を説明するための図。

【図7】第１実施形態におけるステップＳ６を説明するための図。

【図8】第１実施形態におけるステップＳ７を説明するフローチャート。

【図9】第１実施形態におけるステップＳ７を説明するための図。

【図10】第２実施形態における三次元測定機を示す全体模式図。

【図11】第２実施形態における三次元測定機の概略構成を示すブロック図。

【図12】第２実施形態における被測定物を示す図。

【図13】第２実施形態における形状測定方法を説明するフローチャート。

【図14】第２実施形態におけるステップＳ８を説明するフローチャート。

【図15】第２実施形態におけるステップＳ８を説明するための図。

【図16】第２実施形態におけるステップＳ８を説明するための図。

【図17】第２実施形態におけるステップＳ８を説明するための図。

【図18】円錐台状の被測定物Ｗの測定対象面に倣って測定子を移動させている状態を示す図。

【図19】従来の課題を説明するための図。

【発明を実施するための形態】

【0027】

[第１実施形態]
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
〔三次元測定機の概略構成〕
図１は、第１実施形態における三次元測定機１を示す全体模式図である。
図２は、三次元測定機１の概略構成を示すブロック図である。
なお、図１では、上方向を＋Ｚ軸方向とし、このＺ軸に直交する２軸をそれぞれＸ軸及びＹ軸として説明する。なお、当該Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向により、マシン座標系が規定される。以下の図面においても同様である。
また、本実施形態では、説明の便宜上、被測定物を図１９に示すすぐば傘歯車Ｗ１（測定対象面を歯面ＷＦ１）として説明する。

【0028】

形状測定装置としての三次元測定機１は、図１または図２に示すように、三次元測定機本体２と、三次元測定機本体２の駆動制御を実行するモーションコントローラ３と、操作レバー等を介してモーションコントローラ３に指令を与え、三次元測定機本体２を手動で操作するための操作手段４と、モーションコントローラ３に所定の指令を与えるとともに、演算処理を実行するホストコンピュータ５と、ホストコンピュータ５に接続される入力手段６１（図１）及び出力手段６２（図１）とを備える。
なお、入力手段６１は、三次元測定機１における測定条件等をホストコンピュータ５に入力するものであり、出力手段６２は、三次元測定機１による測定結果を出力するものである。

【0029】

〔三次元測定機本体の構成〕
三次元測定機本体２は、図１に示すように、被測定物を測定するための球状の測定子２１１Ａを有するプローブ２１と、プローブ２１を保持するとともに、プローブ２１を移動させる移動機構２２と、移動機構２２が立設される定盤２３とを備える。
プローブ２１は、図１に示すように、測定子２１１Ａを先端側（−Ｚ軸方向側）に有するスタイラス２１１と、スタイラス２１１の基端側（＋Ｚ軸方向側）を支持する支持機構２１２とを備える。

【0030】

支持機構２１２は、スタイラス２１１をＸ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方向に付勢することで所定位置に位置決めするように支持する。そして、支持機構２１２は、外力が加わった場合、すなわち測定子２１１Ａが被測定物に当接した場合には、スタイラス２１１を一定の範囲内でＸ，Ｙ，Ｚ軸の各軸方向に移動可能としている。
この支持機構２１２は、具体的な図示は省略したが、スタイラス２１１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を備える。
なお、各プローブセンサは、スタイラス２１１の各軸方向の移動量に応じたパルス信号を出力する位置センサである。

【0031】

移動機構２２は、図１または図２に示すように、プローブ２１を保持するとともに、プローブ２１のスライド移動を可能とするスライド機構２４と、スライド機構２４を駆動することでプローブ２１を移動させる駆動機構２５とを備える。
スライド機構２４は、図１に示すように、定盤２３におけるＸ軸方向の両端から＋Ｚ軸方向に延出し、Ｙ軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられる２つのコラム２４１と、各コラム２４１にて支持され、Ｘ軸方向に沿って延出するビーム２４２と、Ｚ軸方向に沿って延出する筒状に形成され、ビーム２４２上をＸ軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられるスライダ２４３と、スライダ２４３の内部に挿入されるとともに、スライダ２４３の内部をＺ軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられるラム２４４とを備える。

【0032】

駆動機構２５は、図１または図２に示すように、各コラム２４１のうち、＋Ｘ軸方向側のコラム２４１を支持するとともに、Ｙ軸方向に沿ってスライド移動させるＹ軸駆動部２５１Ｙと、ビーム２４２上をスライドさせてスライダ２４３をＸ軸方向に沿って移動させるＸ軸駆動部２５１Ｘ（図２）と、スライダ２４３の内部をスライドさせてラム２４４をＺ軸方向に沿って移動させるＺ軸駆動部２５１Ｚ（図２）とを備える。

【0033】

Ｘ軸駆動部２５１Ｘ、Ｙ軸駆動部２５１Ｙ、及びＺ軸駆動部２５１Ｚには、具体的な図示は省略したが、スライダ２４３、各コラム２４１、及びラム２４４の各軸方向の位置を検出するためのスケールセンサがそれぞれ設けられている。
なお、各スケールセンサは、スライダ２４３、各コラム２４１、及びラム２４４の移動量に応じたパルス信号を出力する位置センサである。

【0034】

〔モーションコントローラの構成〕
制御装置としてのモーションコントローラ３は、図２に示すように、情報取得部３１と、カウンタ部３２と、演算処理部３３と、記憶部３４と、プローブ指令部３５と、駆動制御部３６とを備える。
情報取得部３１は、ホストコンピュータ５からすぐば傘歯車Ｗ１の形状データ、及びすぐば傘歯車Ｗ１の測定条件データを取得する。
カウンタ部３２は、上述した各スケールセンサから出力されるパルス信号をカウントしてスライド機構２４の移動量を計測するとともに、上述した各プローブセンサから出力されるパルス信号をカウントしてスタイラス２１１の移動量を計測する。
演算処理部３３は、カウンタ部３２にて計測されたスライド機構２４及びスタイラス２１１の各移動量に基づいて、測定子２１１Ａの位置Ｐ_Ｐ（以下、プローブ位置Ｐ_Ｐ（図９参照））を算出する。
そして、演算処理部３３は、算出したプローブ位置Ｐ_Ｐを記憶部３４に記憶させる。
また、演算処理部３３は、カウンタ部３２にて計測されたスタイラス２１１の移動量（各プローブセンサの検出値（ｘ，ｙ，ｚ））に基づいて、以下の式（８）に示すように、測定子２１１Ａの押込み量（ベクトルＥの大きさ）を算出する。

【0035】

【数7】

【0036】

図３及び図４は、プローブ指令値を概念的に説明するための図である。具体的に、図３は、すぐば傘歯車Ｗ１の外形形状に応じて仮想的に設定される仮想円錐ＩＣの斜視図を示している。図４は、図３の縦断面図を示している。
プローブ指令部３５は、演算処理部３３にて算出されたプローブ位置Ｐ_Ｐ及び押込み量と、情報取得部３１にて取得された形状情報とに基づいて、測定子２１１Ａをすぐば傘歯車Ｗ１の歯面ＷＦ１に押し込んだ状態で歯面ＷＦ１に倣って測定子２１１Ａを移動させるためのプローブ指令値を算出する。
ところで、すぐば傘歯車Ｗ１の外形形状は、図３または図４に示すように、円錐ＩＣの一部を構成する略円錐台形状を有する。すなわち、すぐば傘歯車Ｗ１の外形形状に応じて、仮想的な円錐ＩＣ（仮想円錐ＩＣ）を想定することができる。また、すぐば傘歯車Ｗ１の歯面ＷＦ１は、仮想円錐ＩＣの側面に沿って延出するとともに、仮想円錐ＩＣの縦断面に略倣う形状を有する。
そして、プローブ指令値は、仮想円錐ＩＣにおける底面の中心位置Ｐ_Ｃ（図９参照）を通り仮想円錐ＩＣの側面に平行な基準軸ＳＡｘ（図９参照）と測定子２１１Ａの位置Ｐ_Ｐ（以下、プローブ位置Ｐ_Ｐ（図９参照））との距離が一定な状態で、仮想円錐ＩＣの側面に沿って測定子２１１Ａを移動させるための指令値である。
駆動制御部３６は、プローブ指令部３５にて算出されたプローブ指令値に基づいて、駆動機構２５を制御してプローブ２１を移動させる。

【0037】

〔ホストコンピュータの構成〕
ホストコンピュータ５は、ＣＰＵ(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３に所定の指令を与えることで三次元測定機本体２を制御する。
このホストコンピュータ５は、図２に示すように、形状解析部５１と、記憶部５２とを備える。
形状解析部５１は、モーションコントローラ３から出力された測定データ（記憶部３４に記憶されたプローブ位置Ｐ_Ｐ）に基づいて被測定物の表面形状データを算出し、算出した被測定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。

【0038】

記憶部５２は、ホストコンピュータ５で用いられるデータ、被測定物であるすぐば傘歯車Ｗ１の形状に関する形状データ（形状情報）、及びすぐば傘歯車Ｗ１の測定条件データ等が記憶されている。
ここで、形状データは、すぐば傘歯車Ｗ１の外形形状に応じて仮想的に設定される仮想円錐ＩＣの底面の半径ｒ、仮想円錐ＩＣの底面の中心位置Ｐ_Ｃの座標、及び仮想円錐ＩＣの半頂角α(中心位置Ｐ_Ｃから仮想円錐ＩＣの頂点に向けて広がる方向を正(＋)）等(図９（Ａ）参照)等を含んだデータである。
また、測定条件データは、すぐば傘歯車Ｗ１の外形形状に応じて指定される測定条件データであり、仮に指定された測定開始位置の座標、当該測定開始位置から測定子２１１Ａをすぐば傘歯車Ｗ１の歯面ＷＦ１に押し込むアプローチ方向に関する情報等を含んだデータである。

【0039】

〔形状測定方法〕
次に、上述した三次元測定機１による形状測定方法について説明する。
図５は、形状測定方法を説明するフローチャートである。
図６は、形状測定方法を説明するための図である。具体的に、図６は、ステップＳ２〜Ｓ７を説明するための図である。
先ず、情報取得部３１は、ホストコンピュータ５からすぐば傘歯車Ｗ１の形状データ及び測定条件データ（形状データ及び測定条件データともに記憶部５２に記憶）を取得する（ステップＳ１：情報取得ステップ）。

【0040】

ステップＳ１の後、プローブ指令部３５は、演算処理部３３にて算出されたプローブ位置Ｐ_Ｐを認識し、ステップＳ１にて取得されたすぐば傘歯車Ｗ１の測定条件データに基づいて、当該測定条件データに含まれる測定開始位置にプローブ位置Ｐ_Ｐを位置付けるためのプローブ指令値を駆動制御部３６に出力する（ステップＳ２）。
そして、駆動制御部３６は、駆動機構２５を制御して、図６（Ａ）に示すように、測定開始位置Ｐ_ｓにプローブ２１を移動させる。

【0041】

ステップＳ２の後、プローブ指令部３５は、測定条件データに含まれるアプローチ方向に測定子２１１Ａを移動させるためのプローブ指令値を駆動制御部３６に出力する（ステップＳ３）。
そして、駆動制御部３６は、駆動機構２５を制御して、図６（Ｂ）に示すように、歯面ＷＦ１に対して測定子２１１Ａを押し込む。

【0042】

ステップＳ３の後、プローブ指令部３５は、演算処理部３３にて算出された測定子２１１Ａの押込み量を認識しながら、測定子２１１Ａが歯面ＷＦ１に接触し、目標とする押込み量を超えたか否かを判定する（ステップＳ４）。
プローブ指令部３５は、ステップＳ４において、「Ｙ」と判定した場合には、測定子２１１Ａのアプローチ方向への移動を停止させるためのプローブ指令値を駆動制御部３６に出力する（ステップＳ５）。
そして、駆動制御部３６は、駆動機構２５を制御して、測定子２１１Ａのアプローチ方向への移動を停止させる。

【0043】

ステップＳ５の後、プローブ指令部３５は、倣い経路上にプローブ位置Ｐ_Ｐを位置付けるためのプローブ指令値を駆動制御部３６に出力する（ステップＳ６）。
そして、駆動制御部３６は、駆動機構２５を制御して、図６（Ｃ）に示すように、倣い経路（仮想円錐ＩＣの側面）上にプローブ２１を移動させる。

【0044】

図７は、ステップＳ６を説明するための図である。具体的に、図７（Ａ）は図６（Ｃ）に対応した図であり、図７（Ｂ）はＺ_temp軸が図中の上下方向に向くように図７（Ａ）の一部を回転した図である。
ステップＳ６において、プローブ指令部３５は、以下に示すように、倣い経路上にプローブ位置Ｐ_Ｐを位置付けるためのプローブ指令値を算出する。
ここで、ステップＳ１にて取得されたすぐば傘歯車Ｗ１の形状データ（仮想円錐ＩＣの底面の半径ｒ、仮想円錐ＩＣの半頂角α）から、仮想円錐ＩＣの側面に沿う軸をＺ_temp軸、Ｚ_temp軸に直交する２軸をＸ_temp軸及びＹ_temp軸とした仮座標系を想定できる。
なお、仮座標系の原点Ｏ_tempは、Ｚ_temp軸上の任意の点である。

【0045】

そして、プローブ指令部３５は、演算処理部３３にて算出されたプローブ位置Ｐ_Ｐ（図７（Ａ）の破線で示すプローブ２１のプローブ位置Ｐ_Ｐ）を把握し、当該プローブ位置Ｐ_ＰにおけるＺ_temp軸座標値をＺ_ａで一定とする拘束平面Ｓ´（図７（Ｂ）中、二点鎖線）内において測定子２１１Ａを移動させ、Ｚ_temp軸（倣い経路）上にプローブ位置Ｐ_Ｐを位置付けるためのプローブ指令値を算出する。
ステップＳ６の後、モーションコントローラ３は、図６（Ｄ）に示すように、倣い経路（仮想円錐ＩＣの側面）に沿ってプローブ２１を移動させ、自律倣い測定を開始する（ステップＳ７）。

【0046】

図８は、ステップＳ７を説明するフローチャートである。
図９は、ステップＳ７を説明するための図である。
なお、図９では、図面を簡略化するため、後述する数式内で用いられる一部の符号を省略している。
先ず、演算処理部３３は、カウンタ部３２にて計測されたスライド機構２４及びスタイラス２１１の各移動量を取り込む（ステップＳ７Ａ）。
ステップＳ７Ａの後、演算処理部３３は、取り込んだスライド機構２４及びスタイラス２１１の各移動量に基づいて、プローブ位置Ｐ_Ｐを算出するとともに、測定子２１１Ａの押込み量を算出する（ステップＳ７Ｂ）。

【0047】

ステップＳ７Ｂの後、演算処理部３３は、プローブ位置Ｐ_Ｐの移動量ΔＰが指定ピッチを超えたか否かを判定する（ステップＳ７Ｃ）。
なお、上述した移動量ΔＰは、後述するステップＳ７Ｄにてプローブ位置Ｐ_Ｐを測定データとして記憶部３４に記憶させてから、所定のサンプリング時間（例えば、0.4msec）毎に、ステップＳ７Ａにて取り込んだスライド機構２４及びスタイラス２１１の各移動量に基づきステップＳ７Ｂにて算出した各プローブ位置Ｐ_Ｐの差分値を合計した量である。
例えば、ステップＳ７Ｄにて測定データとして記憶させたプローブ位置Ｐ_Ｐをプローブ位置Ｐ_Ｐ１とし、次のサンプリング時間後にステップＳ７Ｂにて算出したプローブ位置Ｐ_Ｐをプローブ位置Ｐ_Ｐ２とし、次のサンプリング時間後（現時点）にステップＳ７Ｂにて算出したプローブ位置Ｐ_Ｐをプローブ位置Ｐ_Ｐ３とした場合には、移動量ΔＰは、プローブ位置Ｐ_Ｐ１，Ｐ_Ｐ２の差分値と、プローブ位置Ｐ_Ｐ２，Ｐ_Ｐ３の差分値とを合計した量である。

【0048】

演算処理部３３は、ステップＳ７Ｃにおいて、「Ｙ」と判定した場合には、直近のステップＳ７Ｂにて算出したプローブ位置Ｐ_Ｐ（上記の例では、プローブ位置Ｐ_Ｐ３に相当）を測定データとして記憶部３４に記憶させる（ステップＳ７Ｄ）。そして、モーションコントローラ３は、ステップＳ７Ｅの処理に移行する。
一方、モーションコントローラ３は、ステップＳ７Ｃにおいて、「Ｎ」と判定した場合には、ステップＳ７Ｄの処理をすることなく、ステップＳ７Ｅの処理に移行する。
ステップＳ７Ｅにおいて、プローブ指令部３５は、ステップＳ７Ｂにて算出されたプローブ位置Ｐ_Ｐ及び測定子２１１Ａの押込み量と、情報取得部３１にて取得されたすぐば傘歯車Ｗ１の形状データとに基づいて、測定子２１１Ａを歯面ＷＦ１に押し込んだ状態で歯面ＷＦ１に倣って測定子２１１Ａを移動させるためのプローブ指令値を算出する（プローブ指令値算出ステップ）。
具体的に、プローブ指令部３５は、以下に示すように、ワーク座標系（すぐば傘歯車Ｗ１の中心軸をＺ_Ｗ軸とし、Ｚｗ軸に直交する２軸をＸ_Ｗ軸及びＹ_Ｗ軸とした座標系）で、前述の式（７）とは異なる速度ベクトルＶ_Ｃ（プローブ指令値）を生成する。

【0049】

プローブ指令部３５は、プローブ位置Ｐ_Ｐを通り基準軸ＳＡｘに垂直な方向をＶ_ｈ方向とした場合（図９（Ａ）参照）に、以下の式（９）に示すように、倣いプローブのＶ_ｈ方向に係る速度ベクトルＶ_Ｈを生成する。

【0050】

【数8】

【0051】

式（９）において、ｈは、仮想円錐ＩＣの側面からのプローブ位置Ｐ_Ｐのずれ（Ｖ_ｈ方向の速度を制御するためのパラメータ）を示すものである。
そして、ｈは、Ｖ_ｈ方向の単位ベクトルＶ_ｈｕ（以下の式（１１）参照）、仮想円錐ＩＣの中心軸（Ｚ_Ｗ軸）から当該中心軸に垂直な方向に沿ってプローブ位置Ｐ_Ｐに向うベクトルＱ（以下の式（１２）参照）、及び中心位置Ｐ_Ｃからプローブ位置Ｐ_Ｐに向うベクトルＳを利用して、以下の式（１０）により、求められる。

【0052】

【数9】

【0053】

式（１１）において、ベクトルＱ_ｕは、ベクトルＱを単位ベクトル化したものである。さらに、式（１２）において、ベクトルＺ_ｕは、Ｚ_Ｗ軸方向の単位ベクトルである。
すなわち、プローブ指令部３５は、式（１２）により、ベクトルＳと当該ベクトルＳをＺ_Ｗ軸方向に投影したベクトル（式（１２）の右辺第２項）とを利用して、ベクトルＱを求める。そして、プローブ指令部３５は、式（１１）によりベクトルＺ_ｕ，Ｑ_ｕと半頂角αを利用して回転によりＶ_ｈ方向を求めた後、式（１０）によりずれｈを求める。

【0054】

また、プローブ指令部３５は、以下の式（１３）に示すように、歯面ＷＦ１に対する測定子２１１Ａの押込み方向（振れ方向）Ｅ（図９（Ｂ））に係る速度ベクトルＶ_Ｅを生成する。

【0055】

【数10】

【0056】

式（１３）において、ｍは、押込み方向Ｅの速度を制御するためのパラメータを示すものである。また、Ｅ_０は、押込み方向Ｅの目標値となる測定子２１１Ａの基準変位量である。すなわち、ステップＳ７Ｂにて算出された測定子２１１Ａの押込み量がＥ_０であれば、式（１３）に示すように、押込み方向Ｅの速度は、０として求められる。さらに、ベクトルＥ_ｕは、ステップＳ７Ｂにて算出された測定子２１１Ａの押込み量に基づくベクトルＥの単位ベクトルである。
また、プローブ指令部３５は、以下の式（１４）に示すように、測定子２１１Ａの進行方向Ｖ（図９）に係る速度ベクトルＶ_Ｆを生成する。

【0057】

【数11】

【0058】

式（１４）において、ｎは、進行方向の速度を制御するためのパラメータである。また、ベクトルＶ_ｕは、以下の式（１５）によって求められるベクトルＶの単位ベクトルである。

【0059】

【数12】

【0060】

したがって、本実施形態では、Ｖ_ｈ方向の単位ベクトルＶ_ｈｕと、測定子２１１Ａの押込み量に基づくベクトルＥの単位ベクトルＥ_ｕとの外積方向を測定子２１１Ａの進行方向としている。

【0061】

そして、プローブ指令部３５は、以下の式（１６）に示すように、各速度ベクトルＶ_Ｈ，Ｖ_Ｅ，Ｖ_Ｆを合成することによって、歯面ＷＦ１に倣って測定子２１１Ａを移動させるための倣い方向に係る速度ベクトルＶ_Ｃ（プローブ指令値）を生成する。
すなわち、プローブ指令部３５は、Ｖ_ｈ方向と、押込み方向Ｅと、進行方向Ｖの和の方向に沿って測定子２１１Ａを移動させるためのプローブ指令値を生成している。

【0062】

【数13】

【0063】

ステップＳ７Ｅの後、プローブ指令部３５は、ステップＳ７Ｅにて算出した速度ベクトルＶ_Ｃを駆動制御部３６に出力する（ステップＳ７Ｆ）。
そして、測定子２１１Ａは、式（１６）に示す速度ベクトルＶ_Ｃにしたがって移動することで、基準軸ＳＡｘとプローブ位置Ｐ_Ｐとの距離が一定な状態で、仮想円錐ＩＣの側面に沿って（歯面ＷＦ１に倣って）移動することとなる。
以上のように、本実施形態では、所定のサンプリング時間毎に、ステップＳ７Ｅにて速度ベクトルＶ_Ｃ（プローブ指令値）を算出し、ステップＳ７Ｆにて当該速度ベクトルＶ_Ｃを駆動制御部３６に出力する。

【0064】

ステップＳ７Ｆの後、モーションコントローラ３は、記憶部３４に記憶された測定データ（プローブ位置Ｐ_Ｐ）の数を把握し、測定データ点数が指定点数Ｎを超えたか否かを判定する（ステップＳ７Ｇ）。
モーションコントローラ３は、ステップＳ７Ｇにおいて、「Ｎ」と判定した場合には、再度、ステップＳ７Ａに移行する。
一方、ステップＳ７Ｇにおいて、「Ｙ」と判定された場合には、プローブ指令部３５は、測定子２１１Ａの移動を停止させるためのプローブ指令値を駆動制御部３６に出力する（ステップＳ７Ｈ）。
そして、測定子２１１Ａは、歯面ＷＦ１に接触した状態で移動を停止する。

【0065】

ステップＳ７Ｈの後、プローブ指令部３５は、演算処理部３３にて算出された測定子２１１Ａの押込み量に基づいて、歯面ＷＦ１の法線方向に測定子２１１Ａを移動させるためのプローブ指令値を駆動制御部３６に出力する（ステップＳ７Ｉ）。
そして、プローブ２１（測定子２１１Ａ）は、歯面ＷＦ１から離脱される。
ステップＳ７Ｉの後、モーションコントローラ３は、記憶部３４に記憶されたＮ個の測定データ（プローブ位置Ｐ_Ｐ）をホストコンピュータ５に出力する（ステップＳ７Ｊ）。
そして、Ｎ個の測定データに基づき、ホストコンピュータ５（形状解析部５１）において、形状解析が行われる。

【0066】

上述した第１実施形態によれば、以下の効果がある。
本実施形態では、被測定物であるすぐば傘歯車Ｗ１の歯面ＷＦ１が仮想的に設定される仮想円錐ＩＣの側面に沿って延出するとともに仮想円錐ＩＣの縦断面に略倣うことに着目し、形状測定方法として、情報取得ステップＳ１及びプローブ指令値算出ステップＳ７Ｅを採用した。
そして、プローブ指令値算出ステップＳ７Ｅにより算出した速度ベクトルＶ_Ｃにしたがって測定子２１１Ａを移動させることで、基準軸ＳＡｘとプローブ位置Ｐ_Ｐとの距離が一定な状態で、仮想円錐ＩＣの側面に沿って（歯面ＷＦ１に倣って）測定子２１１Ａを移動させることができる。すなわち、自律倣い測定により、すぐば傘歯車Ｗ１の歯面ＷＦ１を測定できる。
したがって、ポイント測定によりすぐば傘歯車Ｗ１の歯面ＷＦ１を測定する場合と比較して、測定時間を大幅に短縮できる。

【0067】

[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
なお、以下では、前記第１実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
図１０は、第２実施形態における三次元測定機１を示す全体模式図である。
図１１は、三次元測定機１の概略構成を示すブロック図である。
図１２は、被測定物であるはすば傘歯車Ｗ２を示す図である。具体的に、図１２（Ａ）ははすば傘歯車Ｗ２の斜視図であり、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）の領域Ａｒ２を拡大し、測定対象面である歯面ＷＦ２を示した斜視図である。
なお、図１２（Ａ）では、図面を簡略化するため、図１９（Ａ）と同様に、はすば傘歯車Ｗ２において、一部の歯のみを実線で示し、他の歯については２点鎖線で仮想的に示している。
本実施形態では、前記第１実施形態に対して、図１０ないし図１２に示すように、被測定物が異なるとともに、当該被測定物に応じて、三次元測定機本体２に回転テーブル２６及び回転駆動部２７を追加し、モーションコントローラ３にテーブル指令部３７を追加した点が異なるのみである。その他の構成は、前記第１実施形態と同様である。

【0068】

具体的に、本実施形態では、図１２に示すように、すぐば傘歯車Ｗ１とは異なり、歯すじが直線ではなく曲線であるはすば傘歯車Ｗ２（測定対象面が歯面ＷＦ２）としている。
回転テーブル２６は、略円盤形状を有し、当該回転テーブル２６の中心軸（Ｚ_ｔ軸（図１５参照））を中心として回転可能に定盤２３の上面に支持されている。
そして、はすば傘歯車Ｗ２は、回転テーブル２６上に、当該回転テーブル２６に設けられたチャック（図示略）にて固定される。
なお、回転テーブル２６上において、はすば傘歯車Ｗ２の中心軸（Ｚ_Ｗ軸）と回転テーブル２６の中心軸（Ｚ_ｔ軸）とが一致する位置にはすば傘歯車Ｗ２を固定してもよく、または、一致しない位置にはすば傘歯車Ｗ２を固定してもよい。後述する図１５では、後者の例を図示している。

【0069】

回転駆動部２７は、回転テーブル２６を定盤２３の上面に沿って回転させる。
なお、図示は省略したが、回転駆動部２７には、回転テーブル２６の回転量を検出するためのセンサが設けられ、このセンサは、回転テーブル２６の回転量に応じたパルス信号を出力する。そして、カウンタ部３２は、上述したセンサから出力されるパルス信号をカウントして回転テーブル２６の回転量を計測し、ホストコンピュータ５に出力する。そして、形状解析部５１は、モーションコントローラ３から出力される測定データ、及び回転テーブル２６の回転量に基づいて形状解析を行う。
テーブル指令部３７は、プローブ指令部３５にて算出された速度ベクトルＶ_Ｃに基づいて、回転テーブル２６を回転させるためのテーブル指令値を算出する。

【0070】

次に、第２実施形態における形状測定方法について説明する。
図１３は、第２実施形態における形状測定方法を説明するフローチャートである。
図１４は、ステップＳ８を説明するフローチャートである。
図１５ないし図１７は、ステップＳ８を説明するための図である。
なお、図１７は、測定子２１１Ａの方向を一定に保つ制御を模式的に示すために、被測定物Ｗとしてはすば傘歯車Ｗ２とは異なる被測定物Ｗを図示している。
第２実施形態における形状測定方法は、前記第１実施形態の形状測定方法に対して、図１３に示すように、ステップＳ７の代わりに以下に示すステップＳ８が実行されるものである。このため、以下では、ステップＳ８を主に説明する。
なお、本実施形態では、ステップＳ１にて取得されるデータは、はすば傘歯車Ｗ２の形状に関する形状データ（はすば傘歯車Ｗ２の外形形状に応じて仮想的に設定される仮想円錐ＩＣの底面の半径ｒ等（図１６参照）を含んだデータ）、及びはすば傘歯車Ｗ２の外形形状に応じて指定される測定条件データ（仮に指定された測定開始位置の座標等を含んだデータ）である。
そして、ステップＳ２〜Ｓ６では、はすば傘歯車Ｗ２の測定条件データに基づいて、処理が実行されるものである。なお、ステップＳ７Ｅも同様である。

【0071】

先ず、モーションコントローラ３は、前記第１実施形態と同様に、ステップＳ７Ａ〜Ｓ７Ｅを実行する。
ステップＳ７Ｅの後、テーブル指令部３７は、ステップＳ７Ｅにて算出された速度ベクトルＶ_Ｃ（プローブ指令値）に基づいて、以下に示すように、テーブル指令値（回転テーブル２６を回転させる角速度ω_ｔ）を算出する（ステップＳ７Ｋ：テーブル指令値算出ステップ）。
なお、ステップＳ７Ｋは、特許第３４３３７１０号に記載の角速度ω_ｔの算出方法と同様である。このため、以下では、ステップＳ７Ｋの説明を簡略化する。

【0072】

先ず、テーブル指令部３７は、はすば傘歯車Ｗ２の中心軸（Ｚ_Ｗ軸）から見た、プローブ２１の速度ベクトルＶ_Ｃによる回転テーブル２６の角速度ω_ｗを算出する。
具体的に、テーブル指令部３７は、以下の式（１７）により、角速度ω_ｗを算出する。

【0073】

【数14】

【0074】

式（１７）において、ベクトルＣ_ｒは、図１５に示すように、プローブ位置Ｐ_ＰからＺ_Ｗ軸に下ろした垂線ベクトルである。ベクトルＣ_ｕは、ベクトルＣ_ｒに対する基準方向Ｃ（図１５）の単位ベクトルである。
なお、図１５において、基準方向Ｃは、回転テーブル２６の回転角θとプローブ位置Ｐ_Ｐの位置関係が当該図１５に示す例の位置関係での場合を図示しているものであり、回転テーブル２６の回転に応じて変化するものである。
次に、テーブル指令部３７は、回転テーブル２６の回転角θ及びプローブ位置Ｐ_Ｐの位置関係から、制御誤差による回転角θの目標値からの進みや遅れを調整して、基準方向Ｃに対してベクトルＣ_ｒが常に９０°となるように、補正角速度Δωを算出する。
具体的に、テーブル指令部３７は、以下の式（１８）により、補正角速度Δωを算出する。

【0075】

【数15】

【0076】

式（１８）において、Ｓは、回転テーブル２６の角速度補償係数である。また、ベクトルＣ_ｒｕは、ベクトルＣ_ｒの単位ベクトルである。
そして、テーブル指令部３７は、以下の式（１９）により、回転テーブル２６を回転させる角速度ω_ｔを算出する。

【0077】

【数16】

【0078】

ステップＳ７Ｋの後、プローブ指令部３５及びテーブル指令部３７は、プローブ指令値を駆動制御部３６に出力するとともに、テーブル指令値（角速度ω_ｔ）を回転駆動部２７に出力する（ステップＳ７Ｌ）。
なお、本実施形態では、プローブ指令部３５は、ステップＳ７Ｌにおいて、特許第３４３３７１０号に記載されたプローブ指令値と同様のプローブ指令値を駆動制御部３６に出力する。
具体的に、プローブ指令部３５は、回転テーブル２６が角速度ω_ｔで回転した時の点Ｘ（プローブ位置Ｐ_Ｐ）の速度ベクトルＶ_ωｔを、以下の式（２０）により算出する。

【0079】

【数17】

【0080】

そして、プローブ指令部３５は、以下の式（２１）に示すように、式（２０）により算出した速度ベクトルＶ_ωｔと、ステップＳ７Ｅにて算出した速度ベクトルＶ_Ｃとのベクトル和Ｖ_Ｔをプローブ指令値として出力する。

【0081】

【数18】

【0082】

そして、速度ベクトルＶ_Ｔにしたがってプローブ２１を移動させるとともに、角速度ω_ｔで回転テーブル２６を移動させることで、図１６に示すように、測定子２１１Ａがはすば傘歯車Ｗ２の歯面ＷＦ２に倣って移動する。
また、速度ベクトルＶ_Ｔにおいて、速度ベクトルＶ_ωｔの成分により、図１７に示すように、測定子２１１Ａの方向を一定に保つことができる。
具体的に、図１７（Ａ）〜図１７（Ｄ）の順に、時間の経過とともに回転テーブル２６を回転させた場合であっても、マシン座標系から見て、被測定物Ｗの原点Ｃ（仮想円錐ＩＣの底面の中心位置Ｐ_Ｃ（Ｚ_Ｗ軸）に相当）からプローブ位置Ｐ_Ｐに向うベクトルを、回転テーブル２６のテーブル面に投影したベクトルＢを一定に保つことができる。
なお、本実施形態においても、前記第１実施形態と同様に、所定のサンプリング時間毎に、ステップＳ７Ｅ，Ｓ７Ｋにてプローブ指令値及びテーブル指令値を算出し、ステップＳ７Ｌにて当該プローブ指令値及びテーブル指令値を駆動制御部３６及び回転駆動部２７に出力する。
そして、ステップＳ７Ｌの後、モーションコントローラ３は、前記第１実施形態と同様に、ステップＳ７Ｇ〜Ｓ７Ｊを実行する。

【0083】

上述した第２実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果の他、以下の効果がある。
本実施形態では、形状測定方法は、テーブル指令値算出ステップＳ７Ｋを備える。
このことにより、前記第１実施形態に対して、三次元測定機１に回転テーブル２６、回転駆動部２７、及びテーブル指令部３７を追加し、形状測定方法にテーブル指令値算出ステップＳ７Ｋを追加することで、すぐば傘歯車Ｗ１とは異なり歯すじが曲線であるはすば傘歯車Ｗ２の歯面ＷＦ２についても、自律倣い測定を行うことができる。
すなわち、テーブル指令値算出ステップＳ７Ｋでは、プローブ指令値算出ステップＳ２で算出された速度ベクトルＶ_Ｃに基づいて、回転テーブル２６を回転させるためのテーブル指令値を算出する。このため、速度ベクトルＶ_Ｃに基づく測定子２１１Ａの移動に同期させて回転テーブル２６（はすば傘歯車Ｗ２）を回転させることができ、はすば傘歯車Ｗ２における曲線的な歯すじに倣って測定子２１１Ａを移動させることができる。

【0084】

また、速度ベクトルＶ_Ｃに基づく測定子２１１Ａの移動に同期させて回転テーブル２６を回転させることができるので、はすば傘歯車Ｗ２の歯面ＷＦ２について自律倣い測定を行う際に、はすば傘歯車Ｗ２とプローブ２１との機械的な干渉を考慮してプローブ２１の姿勢を変更する必要がない。すなわち、プローブ２１の姿勢の変更動作を省略できるため、測定時間をさらに短縮できる。

【0085】

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記各実施形態では、被測定物をすぐば傘歯車Ｗ１及びはすば傘歯車Ｗ２としていたが、これに限らず、下記（１）及び（２）の条件や、下記（１）及び（３）の条件を満たしていれば、その他の構造体を被測定物としても構わない。
（１）被測定物の形状に応じて仮想的な仮想円錐を想定することができる。
（２）被測定物の測定対象面が仮想円錐の側面に沿って延出するとともに仮想円錐の縦断面に略倣う形状を有する。
（３）被測定物の測定対象面が仮想円錐の側面に沿って延出するとともに、当該側面に沿って捻じれている。

【0086】

前記各実施形態では、モーションコントローラ３は、測定データ点数が指定点数Ｎに達した場合を自律倣い測定の終了条件としていたが、これに限らない。
例えば、プローブ位置Ｐ_ＰにおけるＺ_Ｗ軸座標値が指定高さＺ_ｅ以下になった場合を自律倣い測定の終了条件としても構わない。
また、例えば、プローブ位置Ｐ_Ｐが予め設定された中心座標値を（Ｘ_Ｃ，Ｙ_Ｃ，Ｚ_Ｃ）とする半径Ｒ_Ｃの球内に到達した場合を自律倣い測定の終了条件としても構わない。

【産業上の利用可能性】

【0087】

本発明は、三次元測定機等の形状測定装置に好適に利用することができる。

【符号の説明】

【0088】

１・・・三次元測定機（形状測定装置）
３・・・モーションコントローラ（制御装置）
２１・・・プローブ
２２・・・移動機構
２６・・・回転テーブル
３１・・・情報取得部
３５・・・プローブ指令部
２１１Ａ・・・測定子
ＩＣ・・・仮想円錐
Ｐ_Ｐ・・・プローブ位置（測定子の中心位置）
ＳＡｘ・・・基準軸
Ｗ１・・・すぐば傘歯車（被測定物）
Ｗ２・・・はすば傘歯車（被測定物）
ＷＦ１，ＷＦ２・・・歯面（測定対象面）
Ｓ１・・・情報取得ステップ
Ｓ７Ｅ・・・プローブ指令値算出ステップ
Ｓ７Ｋ・・・テーブル指令値算出ステップ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】