特許 6175738 三次元測定機を用いた円測定方法

(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】6175738

(24)【登録日】2017年7月21日

(45)【発行日】2017年8月9日

(54)【発明の名称】三次元測定機を用いた円測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 5/20 20060101AFI20170731BHJP

   G01B 5/08 20060101ALI20170731BHJP

   G01B 5/008 20060101ALI20170731BHJP

【ＦＩ】

   G01B5/20 C

   G01B5/08

   G01B5/008

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2013-212978(P2013-212978)

(22)【出願日】2013年10月10日

(65)【公開番号】特開2015-75431(P2015-75431A)

(43)【公開日】2015年4月20日

【審査請求日】2016年5月19日

(73)【特許権者】

【識別番号】000151494

【氏名又は名称】株式会社東京精密

(74)【代理人】

【識別番号】100083116

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 憲三

(72)【発明者】

【氏名】外川 陽一

【審査官】 ▲うし▼田 真悟

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００８−５３８８４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１０−５３３３０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００５５１１８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ５／００− ５／３０

Ｇ０１Ｂ ２１／００−２１／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

プローブを互いに直交する２つの回転軸の周りに回転させる第１駆動手段を備えたプローブヘッドと、前記プローブヘッドを互いに直交する３軸方向へ移動させる第２駆動手段と、を備え、ＣＭＭタッチ、５軸Ｈｅａｄタッチ又は５軸＆２軸Ｈｅａｄタッチによりワークを自動測定する三次元測定機を用いた円測定方法において、
少なくとも一つの判定条件を満たすか否かを判定する第１ステップと、
前記第１ステップでの判定の結果に基づき、前記ＣＭＭタッチ、前記５軸Ｈｅａｄタッチ及び前記５軸＆２軸Ｈｅａｄタッチの中から最適な測定方法を自動判定する第２ステップと、
を備えることを特徴とする三次元測定機を用いた円測定方法。

【請求項2】

前記第２ステップで判定された最適な測定方法により円を自動測定する第３ステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の三次元測定機を用いた円測定方法。

【請求項3】

前記判定条件は、第１判定条件を含み、
前記第１判定条件は、測定平面の法線とプローブ姿勢のなす角度が第１閾値より大きいという条件であり、
前記第２ステップは、前記第１ステップにより前記第１判定条件を満たすと判定された場合、最適な測定方法が前記ＣＭＭタッチであると自動判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元測定機を用いた円測定方法。

【請求項4】

前記判定条件は、第２判定条件を含み、
前記第２判定条件は、測定しようとする円の半径とプローブ半径の差が第２閾値より小さいという条件であり、
前記第２ステップは、前記第１ステップにより前記第２判定条件を満たすと判定された場合、最適な測定方法が前記ＣＭＭタッチであると自動判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元測定機を用いた円測定方法。

【請求項5】

前記判定条件は、第１判定条件、第２判定条件及び第３判定条件を含み、
前記第１判定条件は、測定平面の法線とプローブ姿勢のなす角度が第１閾値より大きいという条件であり、
前記第２判定条件は、測定しようとする円の半径とプローブ半径の差が第２閾値より小さいという条件であり、
前記第３判定条件は、測定平面の法線と鉛直線のなす角度が、臨界角の範囲内という条件であり、
前記第１ステップは、前記第１判定条件を満たすか否かを判定するステップ、前記第２判定条件を満たすか否かを判定するステップ、前記第３判定条件を満たすか否かを判定するステップを含み、
前記第２ステップは、
前記第１ステップにより前記第１判定条件又は前記第２判定条件を満たすと判定された場合、最適な測定方法が前記ＣＭＭタッチであると自動判定し、
前記第１ステップにより前記第１判定条件及び前記第２判定条件を満たさず、かつ前記第３判定条件を満たすと判定された場合、最適な測定方法が前記５軸Ｈｅａｄタッチであると自動判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元測定機を用いた円測定方法。

【請求項6】

前記判定条件は、第１判定条件、第２判定条件及び第４判定条件を含み、
前記第１判定条件は、測定平面の法線とプローブ姿勢のなす角度が第１閾値より大きいという条件であり、
前記第２判定条件は、測定しようとする円の半径とプローブ半径の差が第２閾値より小さいという条件であり、
前記第４判定条件は、アプローチポイントでの鉛直線とプローブ姿勢のなす角度が第３閾値より大きいという条件であり、
前記第１ステップは、前記第１判定条件を満たすか否かを判定するステップ、前記第２判定条件を満たすか否かを判定するステップ、前記第４判定条件を満たすか否かを判定するステップを含み、
前記第２ステップは、
前記第１ステップにより前記第１判定条件又は前記第２判定条件を満たすと判定された場合、最適な測定方法が前記ＣＭＭタッチであると自動判定し、
前記第１ステップにより前記第１判定条件及び前記第２判定条件を満たさず、かつ前記第４判定条件を満たすと判定された場合、最適な測定方法が前記５軸Ｈｅａｄタッチであると自動判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元測定機を用いた円測定方法。

【請求項7】

前記判定条件は、第１判定条件、第２判定条件、第３判定条件及び第４判定条件を含み、
前記第１判定条件は、測定平面の法線とプローブ姿勢のなす角度が第１閾値より大きいという条件であり、
前記第２判定条件は、測定しようとする円の半径とプローブ半径の差が第２閾値より小さいという条件であり、
前記第３判定条件は、測定平面の法線と鉛直線のなす角度が、臨界角の範囲内という条件であり、
前記第４判定条件は、アプローチポイントでの鉛直線とプローブ姿勢のなす角度が第３閾値より大きいという条件であり、
前記第１ステップは、前記第１判定条件を満たすか否かを判定するステップ、前記第２判定条件を満たすか否かを判定するステップ、前記第３判定条件を満たすか否かを判定するステップ、前記第４判定条件を満たすか否かを判定するステップを含み、
前記第２ステップは、
前記第１ステップにより前記第１判定条件又は前記第２判定条件を満たすと判定された場合、最適な測定方法が前記ＣＭＭタッチであると自動判定し、
前記第１ステップにより前記第１判定条件及び前記第２判定条件を満たさず、かつ前記第３判定条件を満たすと判定された場合、最適な測定方法が前記５軸Ｈｅａｄタッチであると自動判定し、
前記第１ステップにより前記第１判定条件、前記第２判定条件及び前記第３判定条件を満たさず、かつ前記第４判定条件を満たすと判定された場合、最適な測定方法が前記５軸Ｈｅａｄタッチであると自動判定することを特徴とする請求項１又は２に記載の三次元測定機を用いた円測定方法。

【請求項8】

前記第２ステップは、前記第１ステップにより前記第１判定条件、前記第２判定条件、前記第３判定条件及び前記第４判定条件を満たさないと判定された場合、最適な測定方法が前記５軸＆２軸Ｈｅａｄタッチであると自動判定することを特徴とする請求項７に記載の三次元測定機を用いた円測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、三次元測定機を用いた円測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、プローブを互いに直交する２つの回転軸の周りに回転させる第１駆動手段（例えばモータ）を備えたプローブヘッドと、当該プローブヘッドを互いに直交する３軸方向へ移動させる第２駆動手段（例えばモータ）と、を備えた三次元測定機が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

特許文献１に記載の三次元測定機においては、予めプログラムされた測定経路に基づき、プローブヘッドが移動することで、被測定物（ワークとも称される）の自動測定が行われる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２０１０−５３７１８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、このような三次元測定機においては、一般的に、複数の測定方法（例えば、ＣＭＭタッチ、５軸Ｈｅａｄタッチ、５軸＆２軸Ｈｅａｄタッチ）が用意されており、オペレータが各種条件を考慮してこれらの中から最適な測定方法を選択しなければならず、オペレータにかかる負担が大きいものとなっている。

【0006】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、複数の測定方法（ＣＭＭタッチ、５軸Ｈｅａｄタッチ、５軸＆２軸Ｈｅａｄタッチ）の中から、オペレータが難しいことを意識することなく、最適な測定方法を自動判定することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記目的を達成するために、本発明に係る三次元測定機を用いた円測定方法は、プローブを互いに直交する２つの回転軸の周りに回転させる第１駆動手段を備えたプローブヘッドと、前記プローブヘッドを互いに直交する３軸方向へ移動させる第２駆動手段と、を備え、ＣＭＭタッチ、５軸Ｈｅａｄタッチ又は５軸＆２軸Ｈｅａｄタッチによりワークを自動測定する三次元測定機を用いた円測定方法において、少なくとも一つの判定条件を満たすか否かを判定する第１ステップと、前記第１ステップでの判定の結果に基づき、前記ＣＭＭタッチ、前記５軸Ｈｅａｄタッチ及び前記５軸＆２軸Ｈｅａｄタッチの中から最適な測定方法を自動判定する第２ステップと、を備えることを特徴とする。

【0008】

請求項１に記載の発明によれば、複数の測定方法（ＣＭＭタッチ、５軸Ｈｅａｄタッチ、５軸＆２軸Ｈｅａｄタッチ）の中から、オペレータが難しいことを意識することなく、最適な測定方法を自動判定することができる。

【0009】

これは、少なくとも一つの判定条件を満たすか否かを判定し、その判定の結果に基づき、ＣＭＭタッチ、５軸Ｈｅａｄタッチ及び５軸＆２軸Ｈｅａｄタッチの中から最適な測定方法を自動判定することによるものである。

【0010】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記第２ステップで判定された最適な測定方法により円を自動測定する第３ステップをさらに含むことを特徴とする。

【0011】

請求項２に記載の発明によれば、第２ステップで自動判定された最適な測定方法により円（穴又は円柱）を自動測定することができる。

【0012】

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記判定条件は、第１判定条件を含み、前記第１判定条件は、測定平面の法線とプローブ姿勢のなす角度が第１閾値より大きいという条件であり、前記第２ステップは、前記第１ステップにより前記第１判定条件を満たすと判定された場合、最適な測定方法が前記ＣＭＭタッチであると自動判定することを特徴とする。

【0013】

請求項３に記載の発明によれば、測定しようとする円（穴又は円柱）の近くに障害物が存在していても、プローブが障害物に衝突することがない適切な測定方法を自動判定することができる。

【0014】

請求項４に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記判定条件は、第２判定条件を含み、前記第２判定条件は、測定しようとする円の半径とプローブ半径の差が第２閾値より小さいという条件であり、前記第２ステップは、前記第１ステップにより前記第２判定条件を満たすと判定された場合、最適な測定方法が前記ＣＭＭタッチであると自動判定することを特徴とする。

【0015】

請求項４に記載の発明によれば、測定しようとする穴（内径）が小さくても、プローブが予期せぬ場所に衝突することがない最適な測定方法を自動判定することができる。

【0016】

請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記判定条件は、第３判定条件を含み、前記第３判定条件は、測定平面の法線が、臨界角の範囲内という条件であり、前記第２ステップは、前記第１ステップにより前記第３判定条件を満たすと判定された場合、最適な測定方法が前記５軸Ｈｅａｄタッチであると自動判定することを特徴とする。

【0017】

請求項５に記載の発明によれば、測定しようとする穴が臨界角の範囲内にあっても、プローブが空振りすることがない最適な測定方法を自動判定することができる。

【0018】

請求項６に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記判定条件は、第４判定条件を含み、前記第４判定条件は、アプローチポイントでのプローブ姿勢角度が第３閾値より大きいという条件であり、前記第２ステップは、前記第１ステップにより前記第４判定条件を満たすと判定された場合、最適な測定方法が前記５軸Ｈｅａｄタッチであると自動判定することを特徴とする。

【0019】

請求項６に記載の発明によれば、半径がプローブ（スタイラス）の長さより短い穴であっても、プローブが空振りすることがなく、また、測定精度が悪くなることがない最適な測定方法を自動判定することができる。

【0020】

請求項７に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記判定条件は、第１判定条件、第２判定条件、第３判定条件、第４判定条件を含み、前記第１判定条件は、測定平面の法線とプローブ姿勢のなす角度が第１閾値より大きいという条件であり、前記第２判定条件は、測定しようとする円の半径とプローブ半径の差が第２閾値より小さいという条件であり、前記第３判定条件は、測定平面の法線が、臨界角の範囲内という条件であり、前記第４判定条件は、アプローチポイントでのプローブ姿勢角度が第３閾値より大きいという条件であり、前記第１ステップは、前記第１判定条件を満たすか否かを判定するステップ、前記第２判定条件を満たすか否かを判定するステップ、前記第３判定条件を満たすか否かを判定するステップ、前記第４判定条件を満たすか否かを判定するステップを含み、前記第２ステップは、前記第１ステップにより前記第１判定条件又は前記第２判定条件を満たすと判定された場合、最適な測定方法が前記ＣＭＭタッチであると自動判定し、前記第１ステップにより前記第３判定条件又は前記第４判定条件を満たすと判定された場合、最適な測定方法が前記５軸Ｈｅａｄタッチであると自動判定することを特徴とする。

【0021】

請求項７に記載の発明によれば、複数の測定方法（ＣＭＭタッチ、５軸Ｈｅａｄタッチ、５軸＆２軸Ｈｅａｄタッチ）の中から、オペレータが難しいことを意識することなく、最適な測定方法を自動判定することができる。

【0022】

これは、第１判定条件、第２判定条件、第３判定条件、第４判定条件を満たすか否かを判定し、その判定の結果に基づき、ＣＭＭタッチ、５軸Ｈｅａｄタッチ及び５軸＆２軸Ｈｅａｄタッチの中から最適な測定方法を自動判定することによるものである。

【0023】

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の発明において、前記第１ステップにより前記第１判定条件、前記第２判定条件、前記第３判定条件及び前記第４判定条件を満たさないと判定された場合、最適な測定方法が前記５軸＆２軸Ｈｅａｄタッチであると自動判定することを特徴とする。

【0024】

請求項８に記載の発明によれば、複数の測定方法（ＣＭＭタッチ、５軸Ｈｅａｄタッチ、５軸＆２軸Ｈｅａｄタッチ）の中から、オペレータが難しいことを意識することなく、最適な測定方法を自動判定することができる。

【0025】

これは、第１判定条件、第２判定条件、第３判定条件及び第４判定条件を満たさないと判定された場合、５軸＆２軸Ｈｅａｄタッチが最適な測定方法であると自動判定することによるものである。

【発明の効果】

【0026】

本発明によれば、複数の測定方法（ＣＭＭタッチ、５軸Ｈｅａｄタッチ、５軸＆２軸Ｈｅａｄタッチ）の中から、オペレータが難しいことを意識することなく、最適な測定方法を自動判定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本実施形態の三次元測定機１０の斜視図である。

【図2】ＣＭＭタッチを説明するための図である。

【図3】５軸Ｈｅａｄタッチを説明するための図である。

【図4】２軸Ｈｅａｄタッチを説明するための図である。

【図5】三次元測定機１０の動作を説明するためのフローチャートである。

【図6】測定方法自動判定処理を説明するためのフローチャートである。

【図7】近くに障害物３４が存在する穴Ｈ１にプローブ２４ａを挿入して、円（内径）を測定しようとしている様子を表す図である。

【図8】小さい穴Ｈ２にプローブ２４ａを挿入して、円（内径）を測定しようとしている様子を表す図である。

【図9】（ａ）〜（ｃ）傾斜した穴Ｈ３にプローブ２４ａ（スタイラス２４ｂ）を挿入して、円（内径）を測定しようとしている様子を表す図である。

【図10】臨界角を説明するための図である。

【図11】半径がプローブ２４ａ（スタイラス２４ｂ）の長さより短い穴Ｈ４にプローブ２４ａを挿入して、円（内径）を測定しようとしている様子を表す図である。

【図12】５軸＆２軸Ｈｅａｄタッチにおける５軸Ｈｅａｄタッチを説明するための図である。

【図13】測定平面Ｐ及び測定平面Ｐの第３軸を説明するための図である。

【図14】（ａ）測定平面Ｐを説明するための図、（ｂ）測定平面とＸＹＺ軸の関係をまとめた表である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下、添付図面に従って本発明に係る三次元測定機を用いた円測定方法の好ましい実施の形態について説明する。

【0029】

図１は、本実施形態の三次元測定機１０の斜視図である。

【0030】

三次元測定機１０(CMM:Coordinate Measuring Machine)は、プローブヘッド２４を移動させ、被測定物（ワークとも称される）表面上の空間座標を決定する装置で、座標測定機、三次元座標測定機とも称される。本実施形態では、門移動形の三次元測定機１０を例に説明する。三次元測定機１０においては、マシン座標系を用いる方法もあるが、ワークの姿勢をマシン座標系に厳密に合わせる必要があり作業能率がよくないため、通常は任意の姿勢でテーブル１４上にセットされたワーク上に設定されたワーク座標系が用いられる。

【0031】

図１に示すように、三次元測定機１０は、架台１２の上にテーブル１４が載置されるとともに、テーブル１４の両側に右Ｙキャリッジ１６Ｒと左Ｙキャリッジ１６Ｌが立設され、右Ｙキャリッジ１６Ｒと左Ｙキャリッジ１６Ｌの上部がＸガイド１８で連結されて門形フレーム２６を形成している。テーブル１４の両側の上面と側面にはＹ軸方向に摺動面が形成され、右Ｙキャリッジ１６Ｒと左Ｙキャリッジ１６Ｌにはこれに対抗するエアベアリングが設けられていて、右Ｙキャリッジ１６Ｒと左Ｙキャリッジ１６ＬはＸガイド１８と共にＹ軸方向に移動自在となっている。また、Ｘガイド１８にはＸ軸方向の摺動面が形成され、エアベアリングが内蔵されたＸキャリッジ２０がＸ軸方向に移動自在に設けられている。さらに、Ｘキャリッジ２０にはＺ軸方向案内用のエアベアリングが内蔵されており、これに沿ってＺスピンドル２２がＺ軸方向に移動自在に設けられている。Ｚスピンドル２２の下端には、プローブヘッド２４が取り付けられている。プローブヘッド２４は、無段階位置決め機構を備えたプローブヘッド（５軸同時制御プローブヘッド）で、接触式のタッチトリガプローブ２４ａ（スタイラス２４ｂ）を互いに直交する２つの回転軸ＡＢ（図１参照）の周りに回転させる第１駆動手段（例えばモータ。図示せず）を備えている。このプローブヘッド２４によれば、回転軸ＡＢの周りの回転動作のみを用いることで、より速い測定（プロービング。すなわち、座標値を決定させる動作）が可能となる。

【0032】

また、三次元測定機１０は、門形フレーム２６、Ｘキャリッジ２０及びＺスピンドル２２を各軸方向に移動させることで、プローブヘッド２４を互いに直交する３軸方向（ＸＹＺ方向）へ移動させる第２駆動手段（例えばモータ。図示せず）を備えている。

【0033】

テーブル１４のＹ軸方向、Ｘガイド１８、Ｚスピンドル２２にはスケールが設けられ、右Ｙキャリッジ１６ＲにはＹ軸方向の検出ヘッド、Ｘキャリッジ２０にはＸ軸方向及びＺ軸方向の検出ヘッドが取り付けられていて、プローブ２４ａ（スタイラス２４ｂ）の先端の接触子２４ｃがワークに当接した瞬間、三次元座標位置が検出される。

【0034】

三次元測定機１０には、三次元測定機１０とプローブヘッド２４の動きを制御するコントローラ２８が接続されており、コントローラ２８には、ＬＡＮ（ＴＣＰ／ＩＰ）等の通信インターフェイス３０を介して、コンピュータ３２が接続されている。また、コントローラ２８には、プローブヘッド２４の動きを遠隔操作するためのジョイスティック（図示せず）が接続されている。なお、ジョイスティックは、操作ボックス（図示せず）に設けられている。

【0035】

コンピュータ３２は、これにインストールされたソフトウエア３２ａ（測定動作の指示や測定結果を確認するソフトウエアを含む）を実行し、目標点や中間点の座標値等を含む測定経路（パートプログラムとも称される）を生成するとともに、当該測定経路に基づき、コントローラ２８を介して第１駆動手段及び／又は第２駆動手段を制御（ＣＮＣ制御）し、プローブヘッド２４を自動的に移動させることで、ワークを自動測定する。

【0036】

自動測定の方法としては、少なくともＣＭＭタッチ、５軸Ｈｅａｄタッチ、２軸Ｈｅａｄタッチ、５軸Ｈｅａｄタッチと２軸Ｈｅａｄタッチとを組み合わせた５軸＆２軸Ｈｅａｄタッチが用意されている。

【0037】

図２は、ＣＭＭタッチを説明するための図である。

【0038】

ＣＭＭタッチは、プローブ２４ａを回転させず（プローブ２４ａ姿勢を変更することなく）、かつ、プローブヘッド２４をＸＹＺ方向へ移動させることで、ワークを自動測定する測定方法である。

【0039】

図２に示すように、ＣＭＭタッチは、第１駆動手段がプローブ２４ａを回転させず、かつ、第２駆動手段がプローブヘッド２４をＸＹＺ方向へ同時に移動させる（３軸同時制御）ことで、プローブ２４ａをアプローチポイントへ移動させるステップ（図２中矢印ａ１参照）と、第１駆動手段がプローブ２４ａを回転させず、かつ、第２駆動手段がプローブヘッド２４をＸＹＺ方向へ同時に移動させる（３軸同時制御）ことで、目標点（ワークＷ）をプロービングするステップ（図２中矢印ｂ１参照）と、第１駆動手段がプローブ２４ａを回転させず、かつ、第２駆動手段がプローブヘッド２４をＸＹＺ方向へ同時に移動させる（３軸同時制御）ことで、戻り動作を行うステップ（図２中矢印ｃ１）と、を含んでいる。この動作は、例えば、コンピュータ３２（ソフトウエア３２ａ）がコントローラ２８に対して目標点（座標値）及びプロービング方向を含む命令を出し、この命令を受けたコントローラ２８が三次元測定機１０を制御することで実現される。

【0040】

アプローチポイントとは、目標となるプロービング点から、プロービングベクトル方向に、アプローチ距離だけ離れた位置（図２中、中央の位置）のことである。プローブヘッド２４は、プロービングした後は、プロービング点から、プロービングベクトル方向に、戻り量だけ離れた位置（図２中、中央の位置）へ戻る。なお、アプローチ距離及び戻り量は、予め設定されている。

【0041】

ＣＭＭタッチでは、プロービング方向は、円中心から目標点（プロービング点とも称される）に向かう方向となる。

【0042】

図３は、５軸Ｈｅａｄタッチを説明するための図である。

【0043】

５軸Ｈｅａｄタッチは、プローブ２４ａを回転させ、かつ、プローブヘッド２４をＸＹＺ方向へ移動させることで、ワークを自動測定する測定方法である。

【0044】

図３に示すように、５軸Ｈｅａｄタッチは、第１駆動手段がプローブ２４ａを回転軸ＡＢの周りに同時に回転させ、かつ、第２駆動手段がプローブヘッド２４をＸＹＺ方向へ同時に移動させる（５軸同時制御）ことで、プローブ２４ａをアプローチポイントへ移動させるステップ（図３中矢印ａ２参照）と、第１駆動手段がプローブ２４ａを回転軸ＡＢの周りに同時に回転させ（２軸同時制御）、かつ、第２駆動手段がプローブヘッド２４を移動させないことで、目標点（ワークＷ）をプロービングするステップ（図３中矢印ｂ２参照）と、第１駆動手段がプローブ２４ａを回転軸ＡＢの周りに同時に回転させ（２軸同時制御）、かつ、第２駆動手段がプローブヘッド２４を移動させないことで、戻り動作を行うステップ（図３中矢印ｃ２参照）と、を含んでいる。

【0045】

５軸Ｈｅａｄタッチでは、目標点をプロービングするため、アプローチポイントは微調整される。

【0046】

図４は、２軸Ｈｅａｄタッチを説明するための図である。

【0047】

２軸Ｈｅａｄタッチは、プローブヘッド２４の回転中心が測定しようとする円中心の延長線上に位置した状態で、プローブ２４ａを回転させ、かつ、プローブヘッド２４を移動させないことで、ワークを自動測定する測定方法である。

【0048】

図４に示すように、２軸Ｈｅａｄタッチは、第１駆動手段がプローブ２４ａを回転軸ＡＢの周りに回転させ、かつ、第２駆動手段がプローブヘッド２４を移動させないことで、プローブ２４ａをアプローチポイントへ移動させるステップ（図４中矢印ａ３参照）と、第１駆動手段がプローブ２４ａを回転軸ＡＢの周りに回転させ、かつ、第２駆動手段がプローブヘッド２４を移動させないことで、目標点（ワークＷ）をプロービングするステップ（図４中矢印ｂ３参照）と、第１駆動手段がプローブ２４ａを回転軸ＡＢの周りに回転させ、かつ、第２駆動手段がプローブヘッド２４を移動させないことで、戻り動作を行うステップ（図４中矢印ｃ３参照）と、を含んでいる。

【0049】

２軸Ｈｅａｄタッチでは、目標点をプロービングするため、アプローチポイントは１点目移動時に微調整される。

【0050】

次に、上記構成の三次元測定機１０の動作について説明する。

【0051】

図５は、三次元測定機１０の動作を説明するためのフローチャートである。

【0052】

まず、オペレータがコンピュータ３２等から、自動円測定を指示する（ステップＳ１０）。

【0053】

次に、オペレータが、測定しようとする円（穴又は円柱）の設計値情報（測定しようとする円（穴又は円柱）を特定するための情報）を入力する（ステップＳ１２）。設計値情報は、ジョイスティックを操作してプローブヘッド２４を移動させて、測定しようとする穴にプローブ２４ａを挿入し、３点指示（３点タッチ）することで入力する。このステップＳ１２での設計値情報の入力（３点指示）が完了した時点で、プローブ２４ａは測定しようとする穴に挿入された状態となる。なお、設計値情報は、ＣＡＤ上で指示することで（ＣＡＤ図面データに基づいて指示することで）入力してもよい。

【0054】

次に、オペレータがコンピュータ３２等から、測定点数、測定範囲（測定しようとする円が切れ目の無い完全な円であるか、それとも円弧であるか）を順次指示し（ステップＳ１４、Ｓ１６）、次いで、自動測定開始を指示する（ステップＳ１８）。

【0055】

自動測定開始が指示されると、コンピュータ３２が、これにインストールされたソフトウエア３２ａを実行することで、測定方法自動判定の処理を実行する（ステップＳ２０）。また、コンピュータ３２が、これにインストールされたソフトウエア３２ａを実行することで、目標点や中間点の座標値等を含む測定経路（パートプログラムとも称される）を自動生成する。

【0056】

図６は、測定方法自動判定処理を説明するためのフローチャートである。

【0057】

以下の処理は、主に、コンピュータ３２が、これにインストールされたソフトウエア３２ａを実行することで実現される。

【0058】

まず、円の測定方向を判定する（ステップＳ２００）。これは、測定しようとする円が穴の「内径」であるか又は円柱の「外径」であるかを判定する処理で、公知の処理であるためその説明を省略する。

【0059】

図７は、近くに障害物３４が存在する穴Ｈ１にプローブ２４ａを挿入して、円（内径）を測定しようとしている様子を表す図である。

【0060】

一般的に、円（内径又は外径）を測定する場合には、プローブを、測定しようとする円に対して法線方向（測定平面の法線方向）の姿勢とするのが望ましい。

【0061】

しかしながら、図７に示す状況において、プローブ２４ａを、測定しようとする円に対して法線方向（測定平面Ｐの法線方向）の姿勢とすると、プローブ２４ａが障害物３４に衝突する恐れがある。

【0062】

そこで、円の測定方向が「内径」と判定された場合（ステップＳ２００：内径）、abs(λ_wλ_po＋μ_wμ_po＋ν_wν_po)＞φ（以下第１判定条件とも称する）を満たすか否かを判定する（ステップＳ２０２）。但し、λ_w,μ_w,ν_wは測定平面Ｐの第３軸の方向余弦（測定平面Ｐの第３軸の法線ベクトル（図１３参照）。既知）、λ_po,μ_po,ν_poはスタイラス方向余弦（スタイラス２４ｂ中心（接触子２４ｃ中心）からプローブヘッド２４回転中心へ向かう方向ベクトル（図１３参照）。既知）、φは判定閾値（例えば0.9=cos(25.8deg)）である。但し、これらベクトルは、正規化されているものとする。

【0063】

なお、測定平面Ｐの第３軸とは、次のとおりの意味である。一般的には、ワークを測定する場合、そのワークに適した基準が設定される。例えば、図１４（ａ）に示すように、測定する場所によって、Ｘ−Ｙ平面、Ｙ−Ｚ平面、Ｚ−Ｘ平面、傾斜面等がオペレータにより選択（もしくはソフトウエアにより自動で判別）される。この選択（もしくは判別）されたものが測定平面である。測定平面とＸＹＺ軸の関係は、図１４（ｂ）に示すとおりのものとなる。ここでは、測定平面Ｐとして予めＸ−Ｙ平面が選択（もしくは判別）されているため、測定平面Ｐの第３軸とは、図１４（ｂ）に示す表から、測定平面Ｐ（Ｘ−Ｙ平面）のＺ軸を意味するものとなる。

【0064】

上記第１判定条件は、測定平面Ｐの法線（測定平面Ｐの第３軸の法線ベクトル）とプローブ姿勢（スタイラス２４ｂ中心（接触子２４ｃ中心）からプローブヘッド２４回転中心へ向かう方向ベクトル）のなす角度を確認している。この角度が判定角度（第１閾値）より大きい場合、すなわち、第１判定条件を満たすと判定された場合（ステップＳ２０２：Ｙｅｓ）、測定平面Ｐに対するプローブ姿勢のずれは、オペレータの意図によるものと判断し（すなわち障害物があると判断し）、最適な測定方法がＣＭＭタッチであると判定する（ステップＳ２０４）。

【0065】

そして、ステップＳ１０〜Ｓ１６で指示された条件の下、ステップＳ２０４で判定されたＣＭＭタッチにより円（穴の内径）を自動測定する（ステップＳ２２）。このＣＭＭタッチによる自動測定は、プローブ２４ａを回転させず（ステップＳ１２での設計値情報の入力（３点指示）が完了した時点でのプローブ２４ａ姿勢（図７参照）を維持して）、かつ、プローブヘッド２４をＸＹＺ方向へ移動させることで行われる。

【0066】

以上のようにして、図７に示すように、測定しようとする穴Ｈ１の近くに障害物３４が存在していても、プローブ２４ａが障害物３４に衝突することがない最適な測定方法を自動判定することができる。

【0067】

図８は、小さい穴Ｈ２にプローブ２４ａを挿入して、円（内径）を測定しようとしている様子を表す図である。

【0068】

スタイラス２４ｂの先端には物理的に若干の振れが存在するため、図８に示す状況において、プローブ２４ａを回転させると、プローブ２４ａが予期せぬ場所に衝突する恐れがある。

【0069】

そこで、第１判定条件を満たさないと判定された場合（ステップＳ２０２：Ｎｏ）、(R_cir-R_pb)<R_diff（以下第２判定条件とも称する）を満たすか否かを判定する（ステップＳ２０６）。但し、R_cirは測定対象の径（既知）、R_pbはプローブ半径（既知）、R_diffは判定閾値（例えば3mm）である。

【0070】

この第２判定条件は、測定しようとする円の半径とプローブ半径の差を確認している。この差が閾値（第２閾値）より小さい場合、すなわち、第２判定条件を満たすと判定された場合（ステップＳ２０６：Ｙｅｓ）、プローブ２４ａが予期せぬ場所に衝突するのを防止するため、最適な測定方法がＣＭＭタッチであると判定する（ステップＳ２０４）。

【0071】

そして、ステップＳ１０〜Ｓ１６で指示された条件の下、ステップＳ２０４で判定されたＣＭＭタッチにより円（穴の内径）を自動測定する（ステップＳ２２）。このＣＭＭタッチによる自動測定は、プローブ２４ａを回転させず（ステップＳ１２での設計値情報の入力（３点指示）が完了した時点でのプローブ２４ａ姿勢（図８参照）を維持して）、かつ、プローブヘッド２４をＸＹＺ方向へ移動させることで行われる。

【0072】

以上のようにして、図８に示すように、測定しようとする穴Ｈ２が小さくても、プローブ２４ａが予期せぬ場所に衝突することがない最適な測定方法を自動判定することができる。

【0073】

図９（ｃ）は、傾斜した穴Ｈ３にプローブ２４ａ（スタイラス２４ｂ）を挿入して、円（内径）を測定しようとしている様子を表す図である。

【0074】

測定しようとする穴が臨界角の範囲内にあると、２軸Ｈｅａｄタッチでの測定時、空振りする恐れがある。

【0075】

図１０は、臨界角を説明するための図である。円（内径）を測定する場合、速さ／スループット／精度等のメリットから、２軸Ｈｅａｄタッチを使用するのが望ましい。しかしながら、図１０に示すように、プローブヘッド２４の構造上、ある角度範囲において、半球の南極地点付近にスタイラス２４ｂが動けない狭い領域Ａが存在する。

【0076】

図９（ａ）、図９（ｂ）に示すように、測定しようとする穴Ｈ３の角度がある程度大きければ、問題ない。

【0077】

しかしながら、図９（ｃ）に示すように、測定しようとする穴Ｈ３が水平面に対して約５〜１０°の傾きを持つ場合、スタイラス２４ｂが垂直もしくは垂直に近い点は物理的に動けず、２軸Ｈｅａｄタッチでの測定ができない。本実施形態では、この角度範囲を臨界角と呼ぶ。

【0078】

そこで、第２判定条件を満たさないと判定された場合（ステップＳ２０６：Ｎｏ）、ω_l<abs(ν_w)<ω_h（以下第３判定条件とも称する）を満たすか否かを判定する（ステップＳ２０８）。但し、ν_wは測定平面Ｐの第３軸のＺ方向余弦（既知）、ω_lは臨界角下限値（例えば0.985=cos(10deg)）、ω_hは臨界角上限値（例えば0.996=cos(5deg)）である。

【0079】

この第３判定条件は、測定平面Ｐの法線（例えば、測定平面Ｐの法線と鉛直線のなす角度）が、臨界角の範囲内か否かを確認している。臨界角の範囲内の場合、すなわち、第３判定条件を満たすと判定された場合（ステップＳ２０８：Ｙｅｓ）、２軸Ｈｅａｄタッチでの測定時、空振りするのを防止するため、最適な測定方法が５軸Ｈｅａｄタッチであると判定する（ステップＳ２１０）。

【0080】

そして、ステップＳ１０〜Ｓ１６で指示された条件の下、ステップＳ２１０で判定された５軸Ｈｅａｄタッチにより円（穴の内径）を自動測定する（ステップＳ２２）。

【0081】

以上のようにして、図９（ｃ）に示すように、測定しようとする穴Ｈ３が臨界角の範囲内にあっても、プローブ２４ａが空振りすることがない最適な測定方法を自動判定することができる。

【0082】

図１１は、半径がプローブ２４ａ（スタイラス２４ｂ）の長さより短い穴Ｈ４にプローブ２４ａを挿入して、円（内径）を測定しようとしている様子を表す図である。

【0083】

測定しようとする穴に対して、スタイラスの長さが短いと、２軸Ｈｅａｄタッチでの測定時、空振りする恐れがある。また、空振りしなくても、２軸Ｈｅａｄタッチでの測定時のプローブヘッド角度がある値より大きいと、測定精度が悪くなる恐れがある。

【0084】

そこで、第３判定条件を満たさないと判定された場合（ステップＳ２０８：Ｎｏ）、(R_cir-D_ap-R_pb)/L_pb>ε（以下第４判定条件とも称する）を満たすか否かを判定する（ステップＳ２１２）。但し、R_cirは測定対象の径（既知）、D_apはアプローチ距離（既知）、R_pbはプローブ半径（既知）、L_pbはプローブ長さ（既知）、εは判定閾値(例えば0.5=sin(30deg))である。

【0085】

この第４判定条件は、アプローチポイントでのプローブ姿勢角度（例えば、鉛直線とスタイラス２４ｂ中心（接触子２４ｃ中心）からプローブヘッド２４の回転中心へ向かう方向ベクトルのなす角度）を確認している。この角度が判定角度（第３閾値）より大きい場合、すなわち、第４判定条件を満たすと判定された場合（ステップＳ２１２：Ｙｅｓ）、２軸Ｈｅａｄタッチでの測定時の測定精度が悪くなるのを防止するため、最適な測定方法が５軸Ｈｅａｄタッチであると判定する（ステップＳ２１０）。

【0086】

そして、ステップＳ１０〜Ｓ１６で指示された条件の下、ステップＳ２１０で判定された５軸Ｈｅａｄタッチにより円（穴の内径）を自動測定する（ステップＳ２２）。

【0087】

以上のようにして、図１１に示すように、半径がプローブ２４ａ（スタイラス２４ｂ）の長さより短い穴Ｈ４であっても、プローブ２４ａが空振りすることなく、また、測定精度が悪くなることがない最適な測定方法を自動判定することができる。

【0088】

一方、第４判定条件を満たさないと判定された場合（ステップＳ２１２：Ｎｏ）、すなわち、第１判定条件、第２判定条件、第３判定条件、第４判定条件のいずれも満たさないと判定された場合、最適な測定方法が５軸＆２軸Ｈｅａｄタッチであると判定する（ステップＳ２１４）。

【0089】

そして、ステップＳ１０〜Ｓ１６で指示された条件の下、ステップＳ２１４で判定された５軸＆２軸Ｈｅａｄタッチにより円（穴の内径）を自動測定する（ステップＳ２２）。

【0090】

この５軸＆２軸Ｈｅａｄタッチは、目標点のうち最初の目標点を５軸Ｈｅａｄタッチで自動測定し、目標点のうち最初の目標点以降の目標点を２軸Ｈｅａｄタッチで自動測定することで行われる（ステップＳ２２）。この５軸Ｈｅａｄタッチは、ステップＳ２１０の５軸Ｈｅａｄタッチと異なり、図１２に示すように、プローブヘッド２４の回転中心が、測定しようとする穴Ｈ５（円）中心の延長線上に位置づけられた状態で行われる。

【0091】

一方、ステップＳ２００において、円の測定方向が「外径」と判定された場合（ステップＳ２００：外径）、ステップＳ２０２と同様、第１判定条件を満たすか否かの判定を行う。

【0092】

そして、第１判定条件を満たすと判定された場合（ステップＳ２１６：Ｙｅｓ）、測定平面Ｐに対するプローブ姿勢のずれは、オペレータの意図によるものと判断し（すなわち障害物があると判断し）、最適な測定方法がＣＭＭタッチであると判定する（ステップＳ２１８）。

【0093】

そして、ステップＳ１０〜Ｓ１６で指示された条件の下、ステップＳ２１８で判定されたＣＭＭタッチにより円（円柱の外径）を自動測定する。このＣＭＭタッチによる自動測定は、プローブ２４ａを回転させず（ステップＳ１２での設計値情報の入力（３点指示）が完了した時点でのプローブ２４ａ姿勢を維持して）、かつ、プローブヘッド２４をＸＹＺ方向へ移動させることで行われる。

【0094】

以上のようにして、測定しようとする円柱の近くに障害物が存在していても、プローブ２４ａが障害物に衝突することなく、自動測定を行うことができる。

【0095】

一方、第１判定条件を満たさないと判定された場合（ステップＳ２１６：Ｎｏ）、最適な測定方法が５軸Ｈｅａｄタッチであると判定する（ステップＳ２２０）。

【0096】

そして、ステップＳ１０〜Ｓ１６で指示された条件の下、ステップＳ２２０で判定された５軸Ｈｅａｄタッチにより円（円柱の外径）を自動測定する（ステップＳ２２）。

【0097】

以上説明したように、本実施形態の三次元測定機１０を用いた円測定方法によれば、複数の測定方法（ＣＭＭタッチ、５軸Ｈｅａｄタッチ、５軸＆２軸Ｈｅａｄタッチ）の中から、オペレータが難しいことを意識することなく、最適な測定方法を自動判定することができる。

【0098】

これは、コンピュータ３２が、これにインストールされたソフトウエア３２ａを実行することで、少なくとも一つの判定条件（第１判定条件〜第４判定条件のうち少なくとも一つの判定条件）を満たすか否かを判定し、その判定の結果に基づき、ＣＭＭタッチ、５軸Ｈｅａｄタッチ及び５軸＆２軸Ｈｅａｄタッチの中から最適な測定方法を自動判定する（ステップＳ２００〜Ｓ２２０）ことによるものである。

【0099】

また、本実施形態の三次元測定機１０を用いた円測定方法によれば、上記のように判定された最適な測定方法で自動測定を行う（ステップＳ２２）ことが可能となる。

【0100】

次に、変形例について説明する。

【0101】

図６に示す測定方法自動判定処理において、ステップＳ２０２の処理とステップＳ２０６の処理とを入れ替えてもよい。また、ステップＳ２０８の処理とステップＳ２１２の処理とを入れ替えてもよい。

【0102】

また、図６に示す測定方法自動判定処理において、ステップＳ２０２、Ｓ２０６、Ｓ２０８、Ｓ２１２全てを備えていることは必須ではなく、ステップＳ２０２、Ｓ２０６、Ｓ２０８、Ｓ２１２のうち少なくとも一つのステップを備えていればよい。ステップＳ２０２、Ｓ２０６、Ｓ２０８、Ｓ２１２のうち少なくとも一つのステップを備え、他のステップを省略したとしても、上記実施形態と同様、複数の測定方法（ＣＭＭタッチ、５軸Ｈｅａｄタッチ、５軸＆２軸Ｈｅａｄタッチ）の中から、オペレータが難しいことを意識することなく、最適な測定方法を自動判定することができる。

【0103】

上記実施形態はあらゆる点で単なる例示にすぎない。これらの記載によって本発明は限定的に解釈されるものではない。本発明はその精神または主要な特徴から逸脱することなく他の様々な形で実施することができる。

【符号の説明】

【0104】

１０…三次元測定機、１２…架台、１４…テーブル、１６Ｌ、１６Ｒ…Ｙキャリッジ、１８…Ｘガイド、２０…Ｘキャリッジ、２２…スピンドル、２４…プローブヘッド、２４ａ…プローブ、２４ｂ…スタイラス、２４ｃ…接触子、２６…門形フレーム、２８…コントローラ、３０…通信インターフェイス、３２…コンピュータ、３２ａ…ソフトウエア、３４…障害物、Ｗ…ワーク

【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】