特許 6474216 形状測定装置、及び形状測定方法

(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】6474216

(24)【登録日】2019年2月8日

(45)【発行日】2019年2月27日

(54)【発明の名称】形状測定装置、及び形状測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 5/20 20060101AFI20190218BHJP

【ＦＩ】

   G01B5/20 C

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2014-175425(P2014-175425)

(22)【出願日】2014年8月29日

(65)【公開番号】特開2016-50819(P2016-50819A)

(43)【公開日】2016年4月11日

【審査請求日】2017年7月5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】出口 博美

【審査官】 小野寺 麻美子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０２１００４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１５５０１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２４１４２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３４５１２３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ５／００ − Ｇ０１Ｂ ５／３０

Ｇ０１Ｂ ２１／００ − Ｇ０１Ｂ ２１／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

先端に測定子を有するプローブと、前記測定子を被測定物の表面に倣って移動させる移動機構とを備え、前記測定子と前記被測定物の表面との接触を検出して前記被測定物の形状を測定する形状測定装置であって、
前記被測定物の形状データに基づいた設計輪郭を設定する輪郭設定手段と、
前記設計輪郭に沿って前記プローブを移動させる際に許容される許容誤差を設定する許容誤差設定手段と、
前記設計輪郭及び前記許容誤差に基づいて、前記設計輪郭に沿い、かつ複数のセグメントで構成される設計曲線を設定する経路設定手段と、
前記セグメントの数が所定の最大セグメント数を超えるか否かを判定するセグメント数判定手段と、
前記測定子の前記被測定物への押込み量を検出する押込み量検出手段と、
前記押込み量に基づいて測定エラーを検出するエラー検出手段と、を備え、
前記許容誤差設定手段は、前記セグメントの数が前記最大セグメント数を超える場合に前記許容誤差を増加させ、前記エラー検出手段により測定エラーが検出された場合に前記許容誤差を減少させる
ことを特徴とする形状測定装置。

【請求項2】

請求項１に記載の形状測定装置において、
前記設計曲線は、前記設計輪郭から、前記測定子の半径から前記プローブの前記被測定物への押込み量を減算した値だけオフセットした曲線であり、
前記エラー検出手段により前記測定エラーが検出された際に、前記押込み量を、所定の下限値から所定の上限値の間で調整する押込み量調整手段を備え、
前記許容誤差設定手段は、前記押込み量調整手段により調整された前記押込み量が、前記下限値又は前記上限値に達した場合で、かつ、前記エラー検出手段により前記測定エラーが検出される場合に、前記許容誤差を減少させる
ことを特徴とする形状測定装置。

【請求項3】

請求項２に記載の形状測定装置において、
前記プローブを移動させる際の移動速度を設定する移動速度設定手段を備え、
前記移動速度設定手段は、前記エラー検出手段によりエラーが検出され、かつ、前記押込み量調整手段により調整された前記押込み量が、前記下限値又は前記上限値に達した場合に前記プローブの移動速度を低減させ、
前記許容誤差設定手段は、前記移動速度設定手段により低減された前記プローブの移動速度が、所定の最低移動速度に達した場合で、かつ、前記エラー検出手段により前記測定エラーが検出される場合に、前記許容誤差を減少させる
ことを特徴とする形状測定装置。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の形状測定装置において、
前記輪郭設定手段は、前記許容誤差設定手段により設定された前記許容誤差が所定の最小値に達し、かつ、前記エラー検出手段により前記測定エラーが検出される場合に、前記設計輪郭を分割する
ことを特徴とする形状測定装置。

【請求項5】

先端に測定子を有するプローブと、前記測定子を被測定物の表面に倣って移動させる移動機構とを備え、前記測定子と前記被測定物の表面との接触を検出して前記被測定物の形状を測定する形状測定装置における形状測定方法であって、
前記被測定物の形状データに基づいた設計輪郭を設定し、前記設計輪郭に沿って前記プローブを移動させる際に許容される許容誤差を設定し、前記設計輪郭及び前記許容誤差に基づいて、前記設計輪郭に沿い、かつ複数のセグメントで構成される設計曲線を設定する設定工程と、
前記プローブの位置を検出して前記プローブの位置を測定するとともに、前記測定子の前記被測定物への押込み量を検出する測定工程と、
前記設定工程において設定された前記セグメントの数が所定の最大セグメント数を超えるか否かを判定するセグメント数判定工程と、
前記測定工程において検出される前記押込み量に基づいて測定エラーを検出するエラー検出工程と、を実施し、
前記設定工程は、前記セグメント数判定工程により前記セグメントの数が前記最大セグメント数を超えると判定された場合、前記許容誤差を増加させ、前記エラー検出工程により測定エラーが検出された場合に前記許容誤差を減少させる
ことを特徴とする形状測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、形状測定装置、及び形状測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、被測定物を測定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、被測定物の表面に倣って測定子を移動させることで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に記載の装置は、ＣＡＤデータ等に基づいた設計データ（ＮＵＲＢＳ（Non-Uniform Rational B-Spline：非一様有理Ｂスプライン）データ）から、プローブの移動経路を示すＰＣＣ（Parametric Cubic Curves）曲線を算出する。ＰＣＣ曲線は、複数のＰＣＣセグメントで構成され、セグメント毎に複数の補間点に分割される。そして、各セグメント内の補間点（ｉ）と補間点（ｉ）に対する補間点（ｉ＋１）とを結ぶ直線方向に沿ってプローブを移動させることでＰＣＣ曲線に略沿った倣い測定を実施する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４−２１００４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、上記特許文献１に記載の形状測定装置において、ＰＣＣ曲線は、設計データから測定子の半径Ｒからプローブの基準押込み量Ｅを差し引いた設計輪郭（理想の設計値倣い軌道）に対して、所定の許容誤差（Allowed Deviation；ＡＤ値）を加味した曲線となる。ここで、ＡＤ値の大小により、プローブが被測定物から離脱する離脱エラーやプローブの押込み量が超過する押込みエラーが発生する。
この離脱エラーや押込みエラーの発生頻度は、ＡＤ値の大小により変化し、ＡＤ値を小さく設定することで、エラー発生頻度を抑制でき、ＡＤ値を大きくすると、エラー発生頻度が増加する。

【0005】

一方、ＰＣＣ曲線を構成するＰＣＣセグメントの数、つまり設定可能な最大セグメント数は限られており、最大セグメント数をオーバーするとセグメント数オーバーエラーとなる。
このセグメント数オーバーエラーは、ＡＤ値の大小により変化し、ＡＤ値を小さく設定すると、セグメント数が増加してエラー発生頻度が増加し、ＡＤ値を大きく設定すると、セグメント数が減少してエラー発生頻度が抑制される。

【0006】

上述のように、離脱エラー及び押込みエラーの発生頻度と、セグメント数オーバーエラーとは、ともにＡＤ値により変化するが、それぞれＡＤ値との関係が相反する。このため、従来では、エラー対策として、設計輪郭を分割する方法等が採用されていたが、この場合、測定結果を結合する際の処理が煩雑となるといった課題が生じていた。

【0007】

本発明は、測定処理の煩雑化を抑制可能な形状測定装置、及び形状測定方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の形状測定装置は、先端に測定子を有するプローブと、前記測定子を被測定物の表面に倣って移動させる移動機構とを備え、前記測定子と前記被測定物の表面との接触を検出して前記被測定物の形状を測定する形状測定装置であって、前記被測定物の形状データに基づいた設計輪郭を設定する輪郭設定手段と、前記設計輪郭に沿って前記プローブを移動させる際に許容される許容誤差を設定する許容誤差設定手段と、前記設計輪郭及び前記許容誤差に基づいて、前記設計輪郭に沿い、かつ複数のセグメントで構成される設計曲線を設定する経路設定手段と、前記セグメントの数が所定の最大セグメント数を超えるか否かを判定するセグメント数判定手段と、前記測定子の前記被測定物への押込み量を検出する位置検出手段と、前記押込み量に基づいて測定エラーを検出するエラー検出手段と、を備え、前記許容誤差設定手段は、前記セグメントの数が前記最大セグメント数を超える場合に前記許容誤差を増加させ、前記エラー検出手段により測定エラーが検出された場合に前記許容誤差を減少させることを特徴とする。

【0009】

本発明では、設計輪郭に対して、所定の許容誤差（ＡＤ値）を加味した設計曲線（ＰＣＣ曲線）を設定し、そのＰＣＣ曲線を複数のセグメントに分割して、分割されたセグメントに沿ってプローブを移動させることで、倣い測定が実施される。
ここで、本発明では、セグメント数判定手段により、セグメントの数（セグメント数）が最大セグメント数であるか否かを判定し、セグメント数が最大セグメント数である場合、許容誤差設定手段は、ＡＤ値を増加させる。
また、実際に倣い測定が実施された際に、エラー検出手段は、測定子の押込み量が許容範囲を超える場合に測定エラーを検出する。すなわち、押込み量が所定の最小値よりも小さい場合は離脱エラーを、また、押込み量が所定の最大値よりも大きい場合は押込みエラーを検出する。そして、許容誤差設定手段は、このような測定時のエラーが検出された場合に、ＡＤ値を減少させる。
以上のように、本発明では、セグメント数オーバーエラーが発生せず、かつ、測定時の測定エラーも発生しないような最適なＡＤ値を設定することができる。よって、設計輪郭の分割による測定処理の煩雑化を回避することができる。

【0010】

本発明の形状測定装置において、前記設計曲線は、前記設計輪郭から、前記測定子の半径から前記プローブの前記被測定物への押込み量を減算した値だけオフセットした曲線であり、前記エラー検出手段により前記測定エラーが検出された際に、前記押込み量を、所定の下限値から所定の上限値の間で調整する押込み量調整手段を備え、前記許容誤差設定手段は、前記押込み量調整手段により調整された前記押込み量が、前記下限値又は前記上限値に達した場合で、かつ、前記エラー検出手段により前記測定エラーが検出される場合に、前記許容誤差を減少させることが好ましい。

【0011】

本発明では、プローブ位置の測定を実施して測定エラーが検出された場合に、まず、押込み量を調整する。このような構成では、上述のような許容誤差（ＡＤ値）の設定に加え、プローブの押込み量の調整により測定エラーを解消させることができる。また、設計輪郭を分割することで、測定エラーを回避する場合では、上述のように、分割した各設計輪郭に対してそれぞれ設計曲線（ＰＣＣ曲線）やセグメントを設定した後、測定後に測定結果を結合する処理が煩雑となる。本発明では、ＡＤ値や押込み量の調節により、測定エラーが回避されるように調整するので、設計輪郭の分割による処理の煩雑化をより高い確率で回避することができる。
また、ＡＤ値を減少させると、セグメント数が増加することになり、セグメント数オーバーエラーが生じるおそれがある。これに対して、本発明では、ＡＤ値を減少させる前に、プローブの押込み量の調節を実施し、プローブの押込み量調節によって測定エラーを回避できない場合に、ＡＤ値を減少させる。このため、セグメント数オーバーエラーの発生を可能な限り抑制することができる。

【0012】

本発明の形状測定装置において、前記プローブを移動させる際の移動速度を設定する移動速度設定手段を備え、前記移動速度設定手段は、前記エラー検出手段によりエラーが検出され、かつ、前記押込み量調整手段により調整された前記押込み量が、前記下限値又は前記上限値に達した場合に前記プローブの移動速度を低減させ、前記許容誤差設定手段は、前記移動速度設定手段により低減された前記プローブの移動速度が、所定の最低移動速度に達した場合で、かつ、前記エラー検出手段により前記測定エラーが検出される場合に、前記許容誤差を減少させることが好ましい。

【0013】

本発明では、上述した発明と同様、測定エラーが検出された際に、まず、押込み量を調整し、押込み量の調整により測定エラーが回避されなかった場合に、プローブの移動速度を減少させる。プローブの移動速度を減少させることは、測定時間の遅延を意味する。本発明では、押込み量が調整された後に、測定エラーが検出される場合に、移動速度を減少させるため、測定時間の遅延を可能な限り回避することができる。また、本発明では、許容誤差の設定、プローブの押込み量の調節、及びプローブの移動速度の調節により、測定エラーが回避されるように調整するので、設計輪郭の分割による処理の煩雑化を可能な限り回避することができる。
また、上記発明と同様、ＡＤ値を減少させると、セグメント数が増加することになり、セグメント数オーバーエラーが生じるおそれがある。これに対して、本発明では、ＡＤ値を減少させる前に、プローブの移動速度を調節することで、セグメント数オーバーエラーの発生を可能な限り抑制することができる。

【0014】

本発明の形状測定装置において、前記輪郭設定手段は、前記許容誤差設定手段により設定された前記許容誤差が所定の最小値に達し、かつ、前記エラー検出手段により前記測定エラーが検出される場合に、前記設計輪郭を分割することが好ましい。
本発明では、上述のような許容誤差設定手段によるＡＤ値の設定により測定エラーが回避できなかった場合に、輪郭設定手段により設定される設計輪郭を複数に分割する。設計輪郭を分割しない場合、高精度な形状測定を実施できないが、設計輪郭を分割することで、セグメント数及び各セグメントの長さをより短くでき、セグメント数オーバーエラー及び測定エラーの発生を抑制できる。

【0015】

本発明の形状測定方法は、先端に測定子を有するプローブと、前記測定子を被測定物の表面に倣って移動させる移動機構とを備え、前記測定子と前記被測定物の表面との接触を検出して前記被測定物の形状を測定する形状測定装置における形状測定方法であって、前記被測定物の形状データに基づいた設計輪郭を設定し、前記設計輪郭に沿って前記プローブを移動させる際に許容される許容誤差を設定し、前記設計輪郭及び前記許容誤差に基づいて、前記設計輪郭に沿い、かつ複数のセグメントで構成される設計曲線を設定する設定工程と、前記プローブの位置を検出して前記プローブの位置を測定するとともに、前記測定子の前記被測定物への押込み量を検出する測定工程と、前記設定工程において設定された前記セグメントの数が所定の最大セグメント数を超えるか否かを判定するセグメント数判定工程と、前記測定工程において検出される前記押込み量に基づいて測定エラーを検出するエラー検出工程と、を実施し、前記設定工程は、前記セグメント数判定工程により前記セグメントの数が前記最大セグメント数を超えると判定された場合、前記許容誤差を増加させ、前記エラー検出工程により測定エラーが検出された場合に前記許容誤差を減少させることを特徴とする。
本発明では、上述した発明と同様、セグメント数オーバーエラーが発生せず、かつ、測定時のエラーも発生しないような最適な許容誤差を設定することができる。よって、設計輪郭の分割による測定処理の煩雑化を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明に係る一実施形態の形状測定装置である三次元測定装置を示す全体模式図。

【図2】本実施形態の三次元測定装置の概略構成を示すブロック図。

【図3】本実施形態における、設計データ、ＰＣＣ曲線、プローブ（測定子）の移動軌跡、及び軌道誤差の一例を示す図。

【図4】本実施形態の形状測定方法におけるプローブを被測定物の表面に倣って移動させる際のエラー回避方法を示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明に係る一実施形態について、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、本発明に係る一実施形態の形状測定装置である三次元測定機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。
三次元測定機１は、図１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ー３と、操作レバー等を介してモーションコントローラー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ー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ー５と、とを備える。

【0018】

〔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。

【0019】

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ーを備える。
なお、各プローブセンサーは、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ーである。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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ーがそれぞれ設けられている。
なお、各スケールセンサーは、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ーである。

【0023】

〔モーションコントローラーの構成〕
モーションコントローラー３は、図２に示すように、指令取得部３１と、パラメータ設定部３２と、駆動制御部３３と、カウンタ部３４と、位置測定部３５と、エラー検出部３６と、を備える。また、モーションコントローラー３は、図１に示すように、操作手段４が設けられ、手動による三次元測定機本体２の操作も可能となる。
指令取得部３１は、ホストコンピューター５から、プローブ２１を駆動させるためのＰＣＣデータを取得する。ＰＣＣデータには、プローブ２１を移動させるための移動経路が含まれる。
パラメータ設定部３２は、本発明における押込み量調整手段及び移動速度設定手段として機能し、ＰＣＣデータに基づいて、プローブ２１を移動させる際の速度パターンを設定する。また、パラメータ設定部３２は、エラー検出部３６によりエラーが検出された際に、プローブ２１の移動速度（倣い速度Ｖ）や、押込み量Ｅを調節する。
駆動制御部３３は、パラメータ設定部３２により設定された速度パターンに基づいて、駆動機構２５を制御し、ＰＣＣデータにて指定された移動経路に沿ってプローブ２１を移動させる。
カウンタ部３４は、上述した各スケールセンサー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ー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。
位置測定部３５は、カウンタ部３４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（プローブ位置）を検出る。また、位置測定部３５は、本発明の押込み量検出手段として機能し、プローブセンサーからの出力値に基づいて、プローブ２１の押込み量（測定子２１１Ａの被測定物Ｗに対する押込み量）を算出する。
エラー検出部３６は、位置測定部３５により算出されたプローブ２１の押込み量に基づいて、測定エラー（離脱エラー及び押込みエラー）を検出する。すなわち、押込み量が所定の最小値より小さい場合に離脱エラーを、押込み量が所定の最大値より大きい場合に押込みエラーを出力する。

【0024】

〔ホストコンピューターの構成〕
ホストコンピューター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ー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。また、ホストコンピューター５は、入力手段６１及び出力手段６２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ー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。
このホストコンピューター５は、図２に示すように、情報取得部５１と、輪郭設定部５２と、ＡＤ設定部５３と、経路設定部５４と、経路判定部５５と、形状解析部５６と、記憶部５７とを備える。
情報取得部５１は、ＣＡＤシステム（図示略）から被測定物Ｗの設計データ（ＣＡＤデータや、ＮＵＲＢＳデータ等）を取得する。

【0025】

輪郭設定部５２は、本発明の輪郭設定手段であり、設計データ、測定子２１１Ａの半径Ｒ、及びプローブ２１の基準押込み量Ｅに基づいて、プローブ２１を被測定物Ｗの表面に倣って移動させる際の理想の設計値倣いの軌道である設計輪郭を設定する。
図３は、本実施形態において設計データに対して設定される設計輪郭、ＰＣＣ曲線（設計曲線）の一部、及び測定処理における実際の測定子２１１Ａの移動軌跡の一例を示す図である。
輪郭設定部５２は、図３に示すように、測定子２１１Ａの半径Ｒから基準押込み量Ｅを減じた値をオフセット量として、設計データから当該オフセット量だけ法線方向に移動した曲線を設定輪郭として設定する。
ＡＤ設定部５３は、本発明の許容誤差設定手段であり、設計輪郭に対する、実際にプローブ２１を移動させる際の軌道の許容誤差（ＡＤ値）を設定する。
経路設定部５４は、本発明の経路設定手段であり、設計輪郭及びＡＤ値に基づいて、ＰＣＣ曲線（設計曲線）を算出する。このＰＣＣ曲線は、複数のセグメントで構成され、これらのセグメントは補間点により分割されている。実際の倣い測定では、補間点（ｉ）と、補間点（ｉ）に対応する補間点（ｉ＋１）とを結ぶ直線（補間直線（ｉ））に沿ってプローブ２１を移動させる。
経路判定部５５は、本発明のセグメント判定手段であり、経路設定部５４により設定されたＰＣＣ曲線に含まれるセグメントの数（セグメント数）が所定の最大セグメント数以下であるか否かを判定する。例えば、最大セグメント数に対する設定されたセグメント数の割合を算出し、１００％以下であるか否かを判定する。
形状解析部５６は、モーションコントローラー３から出力された測定データ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。
記憶部５７は、ホストコンピューター５で用いられる各種データ、被測定物Ｗの形状に関する設計データ等が記憶されている。

【0026】

［三次元測定機の動作］
次に、上述したような三次元測定機１の動作について説明する。
図４は、本実施形態の形状測定方法における、プローブ２１を被測定物Ｗの表面に倣って移動させる際のエラー回避方法を示すフローチャートである。
本実施形態では、被測定物Ｗの表面形状を測定する際、ホストコンピューター５の情報取得部５１は、ＣＡＤシステムから、被測定物Ｗの設定データであるＮＵＲＢＳ（Non-Uniform Rational B-Spline：非一様有理Ｂスプライン）データを取得する（ステップＳ１）。
次に、輪郭設定部５２は、取得した設計データに基づいて、設計輪郭を算出（設定）する（ステップＳ２）。具体的には、上述したように、測定子２１１Ａの半径をＲ、基準押込み量をＥとした際に、オフセット量をＲ−Ｅとして算出する。そして、図３に示すように、設計データの曲線を、算出されたオフセット量だけ法線方向にオフセットさせた曲線を設計輪郭として設定する。
また、ＡＤ設定部５３は、ＡＤ値をデフォルト値（例えば、０．１ｍｍ）に設定し（ステップＳ３）、ＡＤ設定フラグ（ＡＤ＿ＦＬＡＧ）を０に設定する（ステップＳ４）。このＡＤ設定フラグは、ＡＤ値を変更する際のモードを示すフラグデータであり、本実施形態では、ＡＤ設定フラグが「０」である場合ではＡＤ値を増加させるＡＤ増加モード、「１」である場合ではＡＤ値を減少させるＡＤ減少モードを示す。

【0027】

この後、経路設定部５４は、ＰＣＣ計算を実行してＰＣＣデータ（ＰＣＣ曲線）を生成する（ステップＳ５）。
具体的には、経路設定部５４は、設計輪郭とＡＤ値とに基づいて、ＰＣＣ曲線を算出する。ここで、ＡＤ値は、設計輪郭をＰＣＣ曲線に変換する際の最大許容偏差であり、経路設定部５４は、ＡＤ値に基づいた所定寸法だけ設計輪郭の法線方向にオフセットさせたＰＣＣ曲線を算出する。なお、上述のように、ＰＣＣ曲線は、複数の補間点を含み、これらの補間点により、当該ＰＣＣ曲線は、複数のセグメントに分割されている。
そして、経路判定部５５は、最大セグメント数に対するセグメント数の割合（セグメント数率（％））を算出し、１００％以下であるか否かを判定する（ステップＳ６）。

【0028】

ステップＳ６において、「Ｎｏ」と判定された場合は、経路判定部５５によりセグメント数オーバーエラーが出力される。この場合、ＡＤ設定部５３は、ＡＤ設定フラグが「１」であるか否か（ＡＤ減少モードであるか否か）を判定する（ステップＳ７）。
ステップＳ７において、「Ｎｏ」と判定された場合は、ＡＤ設定部５３は、ＡＤ値が所定の最大ＡＤ値であるか否かを判定する（ステップＳ８）。
このステップＳ８で「Ｎｏ」と判定された場合、ＡＤ設定部５３は、ＡＤ値を所定値増加させる（ステップＳ９）。増加させる値としては、予め設定された値であってもよく、セグメント数率を参照し、セグメント数率が１００％以下となるように、ＡＤ値を算出してもよい。この後、ステップＳ５に戻り、ＰＣＣデータを再算出して、プローブ２１の移動経路を再設定する。
一方、ステップＳ７及びステップＳ８において、「Ｙｅｓ」と判定された場合は、後述するステップＳ１９に進む。
また、上記ステップＳ６において、「Ｙｅｓ」と判定された場合（セグメント数率が１００％以下であると判定された場合）、設定されたＰＣＣデータがモーションコントローラー３に出力される。

【0029】

モーションコントローラー３は、指令取得部３１によりＰＣＣデータを含む測定指令を受けると、パラメータ設定部３２によりＰＣＣデータに沿ってプローブ２１を移動させるための速度パターンを決定する。速度パターンの設定方法としては、例えば、特開２０１４−２１００４号公報にて示される周知の方法等が挙げられ、この場合、ホストコンピューター５から出力される測定指令に、測定速度値を含ませておけばよい。
そして、モーションコントローラー３は、三次元測定機本体２の駆動機構２５を制御し、設定された速度パターンで、ＰＣＣデータの各セグメントに沿ってプローブ２１を移動させる。すなわち、倣い形状測定を実施する（ステップＳ１０）。

【0030】

また、このステップＳ１０では、位置測定部３５は、例えば一定のサンプリング間隔でカウンタ部３４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。そして、位置測定部３５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、及びプローブ２１の押込み量（測定子２１１Ａの被測定物Ｗへの押込み量）を算出する。プローブの押込み量の算出としては、例えばプローブセンサーの出力値を（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ）とした際に、押込み量を（Ｐｘ^２＋Ｐｙ^２＋Ｐｚ^２）^１／２として算出する。

【0031】

また、ステップＳ１０の測定処理では、エラー検出部３６は、算出されたプローブ２１の押込み量に基づいて、測定エラーが発生したか否かを判定する。例えば、エラー検出部３６は、押込み量Ｅ＝（Ｐｘ^２＋Ｐｙ^２＋Ｐｚ^２）^１／２＜０．０５ｍｍの場合に離脱エラーを検出し、押込み量Ｅ＝（Ｐｘ^２＋Ｐｙ^２＋Ｐｚ^２）^１／２＞０．７ｍｍの場合に押込みエラーを検出する。
モーションコントローラー３の駆動制御部３３は、ステップＳ１０の測定処理において、上記のような測定エラー（離脱エラー及び押込みエラー）がエラー検出部３６により検出されたか否を監視し、測定が成功したか否かを判定する（ステップＳ１１）。
ステップＳ１１において「Ｙｅｓ」と判定された場合（測定エラーが検出されなかった場合）は、測定結果をホストコンピューター５に出力し、ホストコンピューター５の形状解析部５６により被測定物Ｗの形状解析処理が実施され、測定処理が終了される。

【0032】

一方、ステップＳ１１において「Ｎｏ」と判定された場合（測定エラーが検出された場合）は、パラメータ設定部３２は、プローブ２１の被測定物Ｗへの押込み量Ｅが上限値または下限値であるかを判定する（ステップＳ１２）。なお、ステップＳ１０において、測定処理中に測定エラーが検出されると、即座にステップＳ１１において「Ｎｏ」と判定して、ステップＳ１２に移行してもよい。
ステップＳ１２において「Ｎｏ」と判定された場合（押込み量Ｅが下限値から上限値までの間の値である場合）は、押込み量Ｅの調節により、測定エラーを回避できる可能性があるとして、パラメータ設定部３２は、押込み量Ｅの調節を実施する（ステップＳ１３）。例えば、エラー検出部３６により離脱エラーが検出された場合、パラメータ設定部３２は、押込み量Ｅを所定量加増補正し、補正された押込み量Ｅをホストコンピューター５に出力する。また、エラー検出部３６により押込みエラーが検出された場合、パラメータ設定部３２は、押込み量Ｅを所定量減少補正し、補正された押込み量Ｅをホストコンピューター５に出力する。
この後、ホストコンピューター５は、ステップＳ５の処理に戻る。すなわち、経路設定部５４は、設計輪郭と、ＡＤ値と、補正された押込み量Ｅとに基づいて、ＰＣＣデータを再計算する。

【0033】

また、ステップＳ１２において、「Ｙｅｓ」と判定された場合は、押込み量Ｅの調整による測定エラーの回避が不可能であると判定する。
この場合、パラメータ設定部３２は、プローブ２１の移動速度（倣い速度Ｖ）が減速可能であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４において、プローブ２１の倣い速度Ｖが所定の最低速度ではない場合は、減速可能であると判定し（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、パラメータ設定部３２は、倣い速度Ｖを所定量減速させ（ステップＳ１５）、減速された倣い速度Ｖをホストコンピューター５に出力する。
この後、ホストコンピューター５は、ステップＳ５の処理に戻る。
なお、本実施形態では、ステップＳ１５の後、ステップＳ５に戻る例を示すが、パラメータ設定部３２により、ＰＣＣデータに対する速度パターンを再計算し、ステップＳ１０の処理に戻ってもよい。

【0034】

ステップＳ１４において、「Ｎｏ」と判定された場合、モーションコントローラー３は、押込み量Ｅ及び倣い速度Ｖにより回避不可能な測定エラーが検出された旨をホストコンピューター５に返す。そして、ホストコンピューター５のＡＤ設定部５３は、ＡＤ値が予め設定された最小ＡＤ値であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。
ステップＳ１６において、「Ｎｏ」と判定された場合、ＡＤ設定部５３は、ＡＤ設定フラグをＡＤ＿ＦＬＡＧ＝１（ＡＤ減少モード）に設定する（ステップＳ１７）。この後、ＡＤ設定部５３は、ＡＤ値を所定値減少させる（ステップＳ１８）。減少させる値としては、予め設定された値であってもよく、セグメント数率を参照し、セグメント数率が１００％以下となる範囲でＡＤ値を算出してもよい。この後、ステップＳ５に戻り、ＰＣＣデータを再算出して、プローブ２１の移動経路を再設定する。

【0035】

一方、ステップＳ１６において「Ｙｅｓ」と判定された場合、また、ステップＳ７及びステップＳ８において「Ｙｅｓ」と判定された場合、ＡＤ設定部５３は、ＡＤ設定フラグをＡＤ＿ＦＬＡＧ＝０（ＡＤ増加モード）に設定する（ステップＳ１９）。
そして、輪郭設定部５２は、ステップＳ２により設定された設計輪郭を、Ｎ分割する（ステップＳ２０）。分割数としては、ステップＳ２０の処理を繰り返し実施することで、徐々に増加させる。例えば、最初に分割する際には２分割とし、再度ステップＳ５〜ステップＳ１８の処理を実施することで、３分割にする等、分割数を増やしていく。
この後、押込み量Ｅ、倣い速度Ｖ、及びＡＤ値をデフォルト値（又は初期値）に戻し、ステップＳ５の処理に戻る。

【0036】

［本実施形態の作用効果］
本実施形態の三次元測定機１では、輪郭設定部５２は、設計データに基づいて設計輪郭を設定し、経路設定部５４は、設計輪郭と、ＡＤ設定部５３により設定されたＡＤ値とに基づいて、複数のセグメントにより構成されたＰＣＣ曲線を設定する。そして、経路判定部５５は、設定されたＰＣＣ曲線のセグメント数率が１００％以下であるか否かを判定する。ＡＤ設定部５３は、セグメント数率が１００％を超える場合に、ＡＤ値を増大させ、経路設定部５４は、設定されたＡＤ値に基づいて再度ＰＣＣデータを生成する。これにより、セグメント数オーバーエラーを回避することができる。
また、測定処理において、位置測定部３５は、プローブ位置と、プローブ２１の押込み量とを算出し、エラー検出部３６は、このプローブ２１の押込み量に基づいて、測定エラーを検出する。そして、ＡＤ設定部５３は、測定エラーが検出された場合に、ＡＤ値を減少させて、経路設定部５４は、設定されたＡＤ値に基づいて再度ＰＣＣデータを生成する。これにより、測定エラーが回避されるように、適切なＡＤ値を設定することができる。
以上により、本実施形態では、セグメント数オーバーエラー、測定エラー（離脱エラー及び押込みエラー）が生じない最適なＡＤ値を設定することができる。したがって、従来のように、設計輪郭の分割や、倣い速度の減速による測定時間の遅延を極力回避させることができ、三次元測定機１を最適な測定状態に設定することができる。

【0037】

本実施形態の三次元測定機１は、エラー検出部３６により測定エラーが検出された場合に、パラメータ設定部３２により、プローブ２１の押込み量を調節し、それでも測定エラーが回避できない場合に、ＡＤ設定部５３によりＡＤ値を再設定する。
すなわち、ＡＤ値のみの設定により測定エラーを回避させる場合では限界があり、設計輪郭を分割する必要が早期に生じる可能性がある。これに対して、本実施形態では、上記のように、プローブ２１の押込み量Ｅの調節と、ＡＤ値の調節との双方により測定エラーを回避させるため、設計輪郭の分割が必要な局面が生じるのを極力抑えることができる。
また、本実施形態では、測定エラーが生じた際に、ＡＤ値の再設定の前に、プローブ２１の押込み量の調節を行う。ＡＤ値を減少させると、設定されるセグメント数が増加し、これに伴い、セグメント数オーバーエラーが発生する可能性がある。これに対して、プローブ２１の押込み量Ｅの調節を先に実施し、プローブの押込み量Ｅの調整で測定エラーを回避できない場合に、ＡＤ値を減少させることで、セグメント数オーバーエラーの発生を極力抑えることができる。これにより、より早期に三次元測定機１を最適な測定状態に設定することができる。

【0038】

本実施形態では、測定エラーが検出された際に、押込み量Ｅの調節を行い、押込み量Ｅの調節により測定エラーが回避できなかった場合に、倣い速度Ｖを減少させる。倣い速度Ｖを減少させることで、測定時間の遅延が発生するが、先に押込み量Ｅの調節を実施することで、測定時間が遅延する可能性を可能な限り低減させることができる。
また、プローブ２１の押込み量Ｅの調節と、倣い速度Ｖの調節と、ＡＤ値の調節との３つの方法により測定エラーを回避させるため、設計輪郭の分割が必要な局面が生じるのをさらに抑えることができる。
さらに、上記と同様、ＡＤ値を再設定することは、セグメント数オーバーエラーを発生させる可能性が生じる。これに対して、ＡＤ値の再設定の前に、倣い速度Ｖを減速させることで、セグメント数オーバーエラーの発生を抑制できる。
さらに、倣い速度Ｖを設定した後、ステップＳ１０の測定処理に戻って測定処理を実施してもよく、この場合、ＡＤ値を再設定してＰＣＣデータを再計算する等の処理を省略できる。

【0039】

本実施形態では、プローブ２１の押込み量Ｅの調節、倣い速度Ｖの設定、及びＡＤ値の設定により測定エラーを回避できなかった場合に、設定輪郭を分割する。このため、測定エラーが回避できなかった場合に、測定不能とすることがなく、分割された各設定輪郭に対するＰＣＣデータに基づいて、測定処理が実施される。この場合、測定結果の結合に煩雑な処理が発生するが、被測定物の形状測定を高精度に行うことができる。

【0040】

〔他の実施形態〕
なお、本発明は前述の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。

【0041】

例えば、上記実施形態では、測定エラーが発生した際に、プローブの押込み量Ｅの調節及び倣い速度Ｖの減速を行ったが、これらのいずれかの処理が行われなくてもよく、ＡＤ値の設定のみにより、測定エラーを回避させてもよい。

【0042】

また、上記実施形態では、測定エラーの発生時において、押込み量Ｅの調節、倣い速度Ｖを減速の後、それでも測定エラーが回避できない場合に、ＡＤ値を減少させたが、これに限定されない。例えば、測定エラーの発生時において、押込み量Ｅの調節を行った後、測定エラーが回避できない場合に、ＡＤ値を減少させ、それでも測定エラーが回避できない場合に、倣い速度Ｖを減速させる処理を実施してもよい。これにより、倣い速度Ｖの減少による測定時間の遅延をより抑えることができる。
また、押込み量の調節の前に、ＡＤ値を減少させて測定エラーを回避するように処理してもよい。

【0043】

その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等に適宜変更できる。

【産業上の利用可能性】

【0044】

本発明は、被測定物の形状を設計値に基づいた設計値倣いにより測定する形状測定装置に適用できる。

【符号の説明】

【0045】

１…三次元測定機（形状測定装置）、２…三次元測定機本体、３…モーションコントローラー、５…ホストコンピューター、２１…プローブ、２２…移動機構、２４…スライド機構、２５…駆動機構、３１…指令取得部、３２…パラメータ設定部（押込み量調整手段及び移動速度設定手段）、３３…駆動制御部、３４…カウンタ部、３５…位置測定部（押込み量検出手段）、３６…エラー検出部（エラー検出手段）、５１…情報取得部、５２…輪郭設定部（輪郭設定手段）、５３…ＡＤ設定部（許容誤差設定手段）、５４…経路設定部（経路設定手段）、５５…経路判定部（セグメント数判定手段）、２１１Ａ…測定子。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】