特許 6570393 形状測定装置の制御方法

(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】6570393

(24)【登録日】2019年8月16日

(45)【発行日】2019年9月4日

(54)【発明の名称】形状測定装置の制御方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 5/20 20060101AFI20190826BHJP

   G01B 5/008 20060101ALI20190826BHJP

【ＦＩ】

   G01B5/20 C

   G01B5/008

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-188167(P2015-188167)

(22)【出願日】2015年9月25日

(65)【公開番号】特開2017-62194(P2017-62194A)

(43)【公開日】2017年3月30日

【審査請求日】2018年8月7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】100143720

【弁理士】

【氏名又は名称】米田 耕一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100080252

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 征四郎

(72)【発明者】

【氏名】野田 孝

(72)【発明者】

【氏名】出口 博美

(72)【発明者】

【氏名】村田 憲彦

【審査官】 櫻井 仁

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２３８５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２２８３２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１１５１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０２５０２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２４１４２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０２１００４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／００８４６２５（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】

先端に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、を備え、前記測定子とワーク表面との接触を検知して前記ワークの形状を測定する形状測定装置の制御方法であって、
前記ワークの設計データに基づいて前記測定子を移動させる倣い経路を求め、前記プローブの前記ワークへの押込み量を基準押込み量に保つように制御しながら前記測定子を前記倣い経路に沿って移動させるにあたって、
プローブの移動指令を次の式で表される合成速度ベクトルＶに従って生成する
ことを特徴とする形状測定装置の制御方法。
合成速度ベクトルＶ＝Ｇｆ・Ｖｆ＋Ｇｅ・Ｖｅ＋Ｇｃ・Ｖｃ２
ここで、
経路速度ベクトルＶｆは、前記倣い経路に沿って前記プローブを移動させるためのベクトルである。
押込み修正ベクトルＶｅは、前記プローブの前記ワークへの押込み量を基準押込み量に保つためのベクトルである。
第２軌道修正ベクトルＶｃ２は（Ｖｃ１・ｑ）ｑで表わされる。
第１軌道修正ベクトルＶｃ１は、測定子が倣い軌道に向かうようにプローブ位置を修正するためのベクトルである。
軌道修正方向ベクトルｑは、ワーク表面の法線と経路速度ベクトルＶｆとの外積で与えられるベクトルである。
Ｇｆ、ＧｅおよびＧｃは任意の係数である。

【請求項2】

請求項１に記載の形状測定装置の制御方法において、
押込み修正ベクトルＶｅは、Ｋ（｜Ｅｐ｜−Ｅ０）ｅｕで与えられる
ことを特徴とする形状測定装置の制御方法。
Ｅｐは、プローブのセンサ出力である。
Ｅ０は基準押込み量である。
ｅｕはプローブの変位方向を有する単位ベクトルである。

【請求項3】

請求項２に記載の形状測定装置の制御方法において、
軌道修正方向ベクトルｑは、
ｅｕ×ｖｆ／｜ｅｕ×ｖｆ｜ または ｖｆ×eｕ／｜ｖｆ×ｅｕ｜
で表わされる
ことを特徴とする形状測定装置の制御方法。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれかに記載の形状測定装置の制御方法をコンピュータに実行させる形状測定装置の制御プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、形状測定装置の制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

被測定物の表面に沿って測定子を倣い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、２、３参照）。
倣い測定にあたっては、倣い測定の経路を生成しておく必要がある。特許文献１に記載の装置では、ＣＡＤデータ等に基づいた設計値（例えばＮＵＲＢＳ（Ｎｏｎ−ＵｎｉｆｏｒｍＲａｔｉｏｎａｌＢ−Ｓｐｌｉｎｅ：非一様有理Ｂスプライン）データ）を所定次数の多項式曲線群に変換する。
この手順を簡単に説明すると、まず、外部のＣＡＤシステム等から経路情報を含んだＣＡＤデータ（例えばＮＵＲＢＳデータ）を受け取り、このＣＡＤデータを点群のデータに変換する。各点のデータは、座標値（ｘ、ｙ、ｚ）と法線方向（Ｐ、Ｑ、Ｒ）とを組み合わせたデータである（つまり、（ｘ、ｙ、ｚ、Ｐ、Ｑ、Ｒ）である。）本明細書では、以後の説明のため、（ｘ、ｙ、ｚ、Ｐ、Ｑ、Ｒ）の情報をもつ点群のデータを輪郭点データと称することにする。

【0003】

次に、各点の座標値を法線方向に所定量だけオフセットする。（所定量とは、具体的には、測定子半径ｒ―基準押込み量Ｅ０である。）このようにして求めた点群データを"オフセット済み輪郭点データ"と称することにする。

【0004】

そして、オフセット済み輪郭点データを所定次数の多項式曲線群に変換する。
ここでは、多項式として三次関数を用い、ＰＣＣ曲線群（ＰａｒａｍｅｔｒｉｃＣｕｂｉｃＣｕｒｖｅｓ）とする。このＰＣＣ曲線を元にワークを測定する経路を生成する。さらに、ＰＣＣ曲線を分割して分割ＰＣＣ曲線群とする。

【0005】

分割ＰＣＣ曲線群から速度曲線を算出してプローブの移動速度（移動ベクトル）を算出する。
（例えば分割ＰＣＣ曲線群の各セグメントの曲率などに基づいてプローブの移動速度（移動ベクトル）を設定する。）
このように算出された移動速度に基づいてプローブを移動させ、被測定物の表面に倣って測定子を移動させる（パッシブ設計値倣い測定）。

【0006】

さらに、プローブの押し込み量を一定にするように押込み修正ベクトルを時々刻々算出して、軌道修正しながら倣い測定する方法も知られている（特許文献２）。
ここでは、このような設計値倣いを「アクティブ設計値倣い測定」と称することにする。

【0007】

特許文献２（特開２０１３−２３８５７３号公報）に開示された「アクティブ設計値倣い測定」を簡単に紹介する。
「アクティブ設計値倣い測定」では、次の（式１）で表わされる合成ベクトルＶをプローブの移動指令とする。
プローブが合成ベクトルＶに基づく移動を行うと、プローブ（測定子）はＰＣＣ曲線に沿うように移動しつつ、押込み量を一定としたワーク表面倣い測定、つまり、「アクティブ設計値倣い測定」が実現される。

【0008】

Ｖ＝Ｇｆ×Ｖｆ＋Ｇｅ×Ｖｅ＋Ｇｃ×Ｖｃ ・・・（式１）

【0009】

図１を参照しながら式の意味を簡単に説明する。
図１において、設計データ（輪郭点データ）から所定量（測定子半径ｒ―基準押込み量Ｅ０）オフセットしたところにＰＣＣ曲線（つまり、倣い経路）がある。また、図１においては、実際のワークが設計データから少しずれている。

【0010】

ベクトルＶｆは経路速度ベクトルである。経路速度ベクトルＶｆは、ＰＣＣ曲線上の補間点（ｉ）から次の補間点（ｉ＋１）に向かう方向をもつ。なお、経路速度ベクトルＶｆの大きさは、例えば、補間点（ｉ）におけるＰＣＣ曲線の曲率に基づいて決定される（例えば特許文献３）。

【0011】

ベクトルＶｅは、押込み修正ベクトルであり、プローブの押込み量Ｅｐが所定の基準押込み量Ｅ０（例えば０．３ｍｍ）になるようにするためのベクトルである。
（押込み修正ベクトルＶｅは、必然的に、ワーク表面の法線に平行となる。）

【0012】

ベクトルＶｃは、軌道修正ベクトルである。軌道修正ベクトルは、プローブ位置からＰＣＣ曲線に下ろした垂線に平行である。
Ｇｆ、Ｇｅ、Ｇｃはそれぞれ倣い駆動ゲイン、押込み方向修正ゲイン、軌道修正ゲインである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0013】

【特許文献1】特開２００８−２４１４２０号公報

【特許文献2】特開２０１３−２３８５７３号公報

【特許文献3】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】

【0014】

（式１）による速度合成ベクトルＶでプローブの移動を制御すればアクティブ設計値倣い測定が実現するのであるが、各ベクトルの方向によっては制御が不安定になることがある。
例えば、図１のケースでは軌道修正ベクトルＶｃと押込み修正ベクトルＶｅとが逆方向を向いている。そのためプローブ２３０の動きが振動的になるという問題がある。

【0015】

そこで特開２０１３−２３８５７３ではＧｆ、Ｇｅ、Ｇｃの値をそれぞれ関数ｆ１（Ｃ，Ｅ）、ｆ２（Ｅ）、ｆ３（Ｃ）によって適宜調整するようにしている。
しかし、振動的挙動を抑えるべくＧｅあるいはＧｃを小さくしてしまうと、当然のことながら、合成ベクトルＶが小さくなってしまう。すると、今度は軌道修正能力や押込み修正能力が小さくなってしまうという別の問題が発生する。
したがって、軌道修正能力と制御の安定性とを両立させることはできなかった。

【0016】

本発明の目的は、軌道修正能力と制御安定性とを両立することができる形状測定装置の制御方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0017】

本発明の形状測定装置の制御方法は、
先端に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、を備え、前記測定子とワーク表面との接触を検知して前記ワークの形状を測定する形状測定装置の制御方法であって、
前記ワークの設計データに基づいて前記測定子を移動させる倣い経路を求め、前記プローブの前記ワークへの押込み量を基準押込み量に保つように制御しながら前記測定子を前記倣い経路に沿って移動させるにあたって、
プローブの移動指令を次の式で表される合成速度ベクトルＶに従って生成する
ことを特徴とする。
合成速度ベクトルＶ＝Ｇｆ・Ｖｆ＋Ｇｅ・Ｖｅ＋Ｇｃ・Ｖｃ２
ここで、
経路速度ベクトルＶｆは、前記倣い経路に沿って前記プローブを移動させるためのベクトルである。
押込み修正ベクトルＶｅは、前記プローブの前記ワークへの押込み量を基準押込み量に保つためのベクトルである。
第２軌道修正ベクトルＶｃ２は（Ｖｃ１・ｑ）ｑで表わされる。
第１軌道修正ベクトルＶｃ１は、測定子が倣い軌道に向かうようにプローブ位置を修正するためのベクトルである。
軌道修正方向ベクトルｑは、ワーク表面の法線と経路速度ベクトルＶｆとの外積で与えられるベクトルである。
Ｇｆ、ＧｅおよびＧｃは任意の係数である。

【0018】

本発明では、
押込み修正ベクトルＶｅは、Ｋ（｜Ｅｐ｜−Ｅ０）ｅｕで与えられる
ことが好ましい。
Ｅｐは、プローブのセンサ出力である。
Ｅ０は基準押込み量である。
ｅｕはプローブの変位方向を有する単位ベクトルである。

【0019】

本発明では、
軌道修正方向ベクトルｑは、
ｅｕ×ｖｆ／｜ｅｕ×ｖｆ｜ または ｖｆ×eｕ／｜ｖｆ×ｅｕ｜
で表わされる
ことが好ましい。

【0020】

本発明の形状測定装置の制御プログラムは、
前記形状測定装置の制御方法をコンピュータに実行させる
ことを特徴とする。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】背景技術として、速度合成ベクトルＶの各成分を例示した図である。

【図2】形状測定システムの全体構成を示す図である。

【図3】モーションコントローラおよびホストコンピュータの機能ブロック図である。

【図4】アクティブ設計値倣い測定の全体制御フローチャートである。

【図5】速度合成ベクトルＶを生成する手順を説明するためのフローチャートである。

【図6】速度合成ベクトルＶを生成する手順を説明するための図である。

【図7】第２軌道修正ベクトルＶｃ２を生成する手順を説明するためのフローチャートである。

【図8】各ベクトルの相対的な方向関係を示す図である。

【図9】対比例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

本発明の実施形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を説明する。
アクティブ設計値倣い測定の基本的な動作手順はすでに他の文献（例えば特許文献１の図３等）にも開示されているので以下の説明では本明発の主たる特徴である速度合成ベクトルＶの生成について説明することとする。

【0023】

その前に、形状測定システム１００の基本的な構成を簡単に説明しておく。
図２は、形状測定システム１００の全体構成を示す図である。
形状測定システム１００は、三次元測定機２００と、三次元測定機２００の駆動を制御するモーションコントローラ３００と、モーションコントローラ３００を制御すると共に必要なデータ処理を実行するホストコンピュータ５００と、を備える。

【0024】

三次元測定機２００は、定盤２１０と、移動機構２２０と、プローブ２３０と、を備える。

【0025】

移動機構２２０は、定盤２１０上をＹ方向にスライド可能に設けられた門型のＹスライダ２２１と、Ｙスライダ２２１のＸ方向のビームに沿ってスライドするＸスライダ２２２と、Ｘスライダ２２２に固定されたＺ軸コラム２２３と、Ｚ軸コラム２２３内をＺ方向に昇降するＺスピンドル２２４と、を備える。

【0026】

Ｙスライダ２２１、Ｘスライダ２２２およびＺスピンドル２２４には、それぞれ駆動モータ（不図示）とエンコーダ（不図示）とが付設されている。
モーションコントローラ３００からの駆動制御信号によって各駆動モータが駆動制御される。
エンコーダは、Ｙスライダ２２１、Ｘスライダ２２２およびＺスピンドル２２４それぞれの移動量を検出し、検出値をモーションコントローラ３００に出力する。
Ｚスピンドル２２４の下端にプローブ２３０が取り付けられている。

【0027】

プローブ２３０は、測定子２３２を先端側（−Ｚ軸方向側）に有するスタイラス２３１と、スタイラス２３１の基端側（＋Ｚ軸方向側）を支持する支持部２３３と、を備える。
測定子２３２は、球状であって、被測定物Ｗに接触する。

【0028】

支持部２３３は、スタイラス２３１に外力が加わった場合、すなわち測定子２３２が被測定物に当接した場合にはスタイラス２３１が一定の範囲内でＸ、Ｙ、Ｚ軸の各軸方向に移動可能となるようにスタイラス２３１を支持している。
さらに、支持部２３３は、スタイラス２３１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（不図示）を備える。プローブセンサは検出値をモーションコントローラ３００に出力する。

【0029】

（モーションコントローラ３００の構成）
図３は、モーションコントローラ３００およびホストコンピュータ５００の機能ブロック図である。
モーションコントローラ３００は、ＰＣＣ取得部３１０と、カウンタ部３２０と、移動指令生成部３３０と、駆動制御部３４０と、を備える。

【0030】

ＰＣＣ取得部３１０は、ホストコンピュータ５００からＰＣＣ曲線データを取得する。
カウンタ部３２０は、エンコーダから出力される検出信号をカウントして各スライダの変位量を計測するとともに、各プローブ２３０センサから出力される検出信号をカウントしてプローブ２３０（スタイラス２３１）の変位量を計測する。
計測されたスライダおよびプローブ２３０の変位から測定子２３２の座標位置ＰＰ（以下、プローブ位置ＰＰ）が得られる。
また、カウンタ部３２０にて計測されたスタイラス２３１の変位（プローブセンサの検出値（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ））から、測定子２３２の押込み量（ベクトルＥｐの絶対値）が得られる。

【0031】

移動指令生成部３３０は、プローブ２３０（測定子２３２）で被測定物表面を測定するためのプローブ２３０（測定子２３２）の移動経路を算出し、その移動経路に沿った速度ベクトルを算出する。
移動指令生成部３３０は、各測定方式（測定モード）に応じた経路を算出する機能部をそれぞれ具備している。
具体的には、パッシブ設計値倣い測定、アクティブ設計値倣い測定、自律倣い測定、ポイント測定、の４つがある。本実施形態に関係するのは、アクティブ設計値倣い測定である。

【0032】

駆動制御部３４０は、移動指令生成部３３０にて算出された移動ベクトルに基づいて、各スライダを駆動制御する。

【0033】

なお、モーションコントローラ３００には、手動コントローラ４００が接続されている。
手動コントローラ４００は、ジョイスティックおよび各種ボタンを有し、ユーザからの手動入力操作を受け付け、ユーザの操作指令をモーションコントローラ３００に送る。
この場合、モーションコントローラ３００（駆動制御部３４０）は、ユーザの操作指令に応じて各スライダを駆動制御する。

【0034】

（ホストコンピュータ５００の構成）
ホストコンピュータ５００は、ＣＰＵ５１１（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）やメモリ等を備えて構成され、モーションコントローラ３００を介して三次元測定機２００を制御する。
ホストコンピュータ５００は、さらに、記憶部５２０と、形状解析部５３０と、を備える。
記憶部５２０は、被測定物（ワーク）Ｗの形状に関する設計データ（ＣＡＤデータや、ＮＵＲＢＳデータ等）、測定で得られた測定データ、および、測定動作全体を制御する測定制御プログラムを格納する。

【0035】

形状解析部５３０は、モーションコントローラ３００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。
また、形状解析部５３０は、設計データ（ＣＡＤデータや、ＮＵＲＢＳデータ等）からＰＣＣ曲線への変換等の演算処理も担う。

【0036】

ＣＰＵ５１１（中央処理装置）で測定制御プログラムを実行することにより本実施形態の測定動作が実現される。

【0037】

ホストコンピュータ５００には、必要に応じて、出力装置（ディスプレイやプリンタ）および入力装置（キーボードやマウス）が接続されている。

【0038】

本実施形態の主たる特徴である速度合成ベクトルＶの生成について説明する。
図４は、アクティブ設計値倣い測定の全体制御フローチャートである。
ホストコンピュータ５００にてＰＣＣ曲線が生成され、生成されたＰＣＣ曲線はモーションコントローラ３００に送られる（ＳＴ１００）。
そして、モーションコントローラ３００は、このＰＣＣ曲線に沿った経路でワーク表面をアクティブ設計値倣い測定するための移動指令である速度合成ベクトルＶを生成していく（ＳＴ２００）。

【0039】

速度合成ベクトルＶの生成について説明する。
図５は、速度合成ベクトルＶを生成する手順を説明するためのフローチャートである。
速度合成ベクトルＶは、経路速度ベクトルＶｆ（ＳＴ２１０）と、押込み修正ベクトルＶｅ（ＳＴ２２０）と、第２軌道修正ベクトルＶｃ２（ＳＴ２３０）と、を合成したものである。
ここで、従来技術と本発明との差は、第２軌道修正ベクトルＶｃ２（ＳＴ２３０）にある。

【0040】

まず、経路速度ベクトルＶｆを生成する（ＳＴ２１０）
経路（ＰＣＣ曲線）上に補間点ｉと次の補間点（ｉ＋１）があるとして、経路速度ベクトルＶｆの向きは、点ｉから点（ｉ＋１）に向かう方向として与えられる（図６参照）。
また、経路速度ベクトルＶｆの大きさは、例えば点ｉにおけるＰＣＣ曲線の曲率に応じて設定される（特許文献：特開２０１４−２１００４）
なお、PCC曲線上にある点Pについては後述する。

【0041】

次に押込み修正ベクトルＶｅを生成する。
押込み修正ベクトルＶｅは次の式で表される。

【0042】

【数1】

【0043】

Ｅｐはプローブ出力から得られるプローブ変位ベクトルである。
Ｅｐ＝（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）
したがって、プローブの押込み量｜Ｅｐ｜は、次のようになる。

【0044】

【数2】

【0045】

ｅｕは、プローブ出力から得られるプローブ変位方向の単位ベクトルであるとする。

【0046】

【数3】

【0047】

すると、押込み量｜Ｅｐ｜を基準押込み量Ｅ_０に保つための押込み修正ベクトルＶｅは、上式（２）で表される。
なおＫは、任意の係数である。

【0048】

次に第２軌道修正ベクトルＶｃ２を生成する。
図７は、第２軌道修正ベクトルＶｃ２を生成する手順を説明するためのフローチャートである。図７のフローチャートに沿って第２軌道修正ベクトルＶｃ２について説明する。
第２軌道修正ベクトルＶｃ２を求めるにあたって、まずは、第１軌道修正ベクトルＶｃ１を算出しておく。
この第１軌道修正ベクトルＶｃ１は従来（特開２０１３−２３８５７３）における軌道修正ベクトルＶｃと同じで、説明のために名称を変更しただけである。
プローブ位置Ｐｐから経路（ＰＣＣ曲線）に垂線を下ろす（図６参照）。垂線の足をＰとする。
プローブ位置Ｐｐから点Ｐに向かう方向のベクトルが第１軌道修正ベクトルＶｃ１である。

【0049】

本実施形態では、この第１軌道修正ベクトルＶｃ１をそのまま使用するのではなく、軌道修正に有効な成分のみを取り出して使用するわけである。
ＳＴ２３２において、プローブ変位方向の単位ベクトルｅｕを取得する。プローブ変位方向の単位ベクトルｅｕについては、押込み修正ベクトルＶｅの生成にあたって説明済みである。
次にＳＴ２３３において、経路速度ベクトルＶｆを取得する。経路変数ベクトルＶｆもＳＴ２１０で説明済みである。

【0050】

プローブ変位方向の単位ベクトルｅｕと経路速度ベクトルＶｆとを用いて軌道修正方向ベクトルｑを算出する（ＳＴ２３４）。
軌道修正方向ベクトルｑとは、プローブ変位方向の単位ベクトルｅｕと経路速度ベクトルＶｆとの外積に平行な単位ベクトルである。
図６において、経路速度ベクトルＶｆとプローブ変位方向の単位ベクトルｅｕとが紙面上にあるとすると、軌道修正方向ベクトルｑは紙面に垂直な方向となる。

【0051】

【数4】

【0052】

さて、第２軌道修正ベクトルＶｃ２とは、第１軌道修正ベクトルＶｃ１のｑ方向成分のことである。
すなわち、第１軌道修正ベクトルＶｃ１と軌道修正方向ベクトルｑとの内積を（Ｖｃ１・ｑ）で表すと、第２軌道修正ベクトルＶｃ２は次のように表される（ＳＴ２３５）。

【0053】

さて、第２軌道修正ベクトルＶｃ２とは、第１軌道修正ベクトルｖｃ１のｑ方向成分のことである。
すなわち、第１軌道修正ベクトルＶｃ１と軌道修正方向ベクトルｑとの内積を（Ｖｃ１・ｑ）で表すと、第２軌道修正ベクトルＶｃ２は次のように表される（ＳＴ２３５）。

【0054】

【数5】

【0055】

第２軌道修正ベクトルＶｃ２が得られたので、図５のフローチャートに戻り、ゲインＧｆ、Ｇｅ、Ｇｃを決定する（ＳＴ２４０）。ゲインＧｆ、Ｇｅ、Ｇｃはそれぞれ予め決められた関数によって適宜調整される（例えば特開２０１３−２３８５７３）。例えば、Ｇｆは、軌道ずれや押し込みずれが大きいときは、小さくなるように調整される。

【0056】

第２軌道修正ベクトルＶｃ２が得られたので、図５のフローチャートに戻り、ゲインＧｆ、Ｇｅ、Ｇｃを決定する（ＳＴ２４０）。ゲインＧｆ、Ｇｅ、Ｇｃはそれぞれ予めきめられた関数によって適宜調整される（例えば特開２０１３−２３８５７３）。例えば、Ｇｆは軌道ずれや押し込みずれが大きいときは、小さくなるように調整される。

【0057】

そして、経路速度ベクトルＶｆ、押込み修正ベクトルＶｅおよび第２軌道修正ベクトルＶｃ２を合成して速度合成ベクトルＶを算出する（ＳＴ２５０）

【0058】

この速度合成ベクトルＶに基づいてプローブ２３０の移動を制御すれば（ＳＴ３００）、押込み量一定とするアクティブ設計値倣の測定が実現する。

【0059】

このような速度合成ベクトルＶを用いることによる効果を説明する。
従来のごとく第１軌道修正ベクトルＶｃ１を用いた制御は、軌道修正として最も素直であり、計算量も少ないのであるが、プローブ２３０の挙動が振動的になる場合があり得た。
例えば、図１や図８を見てわかるように、第１軌道修正ベクトルＶｃ１は、押込み修正ベクトルＶｅや経路速度ベクトルＶｆに対して逆向きの成分を持つ場合があり得る。
実際の場面では、第１軌道修正ベクトルＶｃ１と押込み修正ベクトルＶｅとが逆向きになって互いに干渉することが多い。押込み修正ベクトルＶｅはワーク表面の凹凸に応じて時々刻々と向きが変わるからである。

【0060】

第１軌道修正ベクトルＶｃ１が押込み修正ベクトルＶｅあるいは経路速度ベクトルＶｆに対して逆向きの成分を持つ場合、第１軌道修正ベクトルＶｃ１、押込み修正ベクトルＶｅおよび経路速度ベクトルＶｆを合成すると、それぞれの成分が干渉し合ってプローブ２３０の挙動が不安定になる。
ここでゲインＧｆ、Ｇｅ、Ｇｃをうまく調整して、第１軌道修正ベクトルＶｃ１、押込み修正ベクトルＶｅおよび経路速度ベクトルＶｆの相互干渉ができる限り小さくなるようにすることも考えられる。
しかし、互いの干渉が小さくなるようにゲインＧｆ、Ｇｅ、Ｇｃのうちのいずれかを小さくしてしまうと、合成速度ベクトルＶ自体が小さくなってしまうのであるから、必然的に軌道修正能力が小さくなってしまうことになる。

【0061】

対して、本実施形態では、第２軌道修正ベクトルＶｃ２はプローブ変位方向の単位ベクトルｅｕおよび経路速度ベクトルＶｆに直交する方向となるようにした。
したがって、第２軌道修正ベクトルＶｃ２が押込み修正ベクトルＶｅと干渉することはもはやなく、制御が安定する。
なお、第２軌道修正ベクトルＶｃ２を採用してもアクティブ設計値倣い測定が実現できることは実験的に確認済みである。

【0062】

（対比例）
本発明の効果がより明瞭になると思うので、対比例をひとつ紹介しておく。
この対比例は、第１軌道修正ベクトルＶｃ１の改良として一度は検討したが、別の問題が判明したために実施に至らなかったものである。
対比例としては、第１軌道修正ベクトルＶｃ１を準軌道修正ベクトルＶｃ１'としたものである。
準軌道修正ベクトルＶｃ１'は、第１軌道修正ベクトルＶｃ１のうちのプローブ変位方向単位ベクトルｅｕに直交する成分を抽出したものである。
図９の破線囲み内に各ベクトルの方向の一例を示した。
式として表現すると次のようになる。

【0063】

【数6】

【0064】

準軌道修正ベクトルＶｃ１'は押込み修正ベクトルＶｅに対して直交するベクトルになっている。したがって、第１軌道修正ベクトルＶｃ１と押込み修正ベクトルＶｅとの干渉に起因するプローブ２３０の振動的挙動は解消できる。

【0065】

しかし、別の問題が生じることがわかった。
例えば図９のように坂を登るような場合が典型的であるが、準軌道修正ベクトルＶｃ１'が経路速度ベクトルＶｆと反対方向の成分を持ってしまう場合があり得る。
ワークと設計値とのズレがやや大きかったり、坂の傾斜が大きかったりすると、準軌道修正ベクトルＶｃ１'が経路速度ベクトルＶｆよりも大きくなってしまい、プローブ２３０が坂を乗り越えられないおそれがある。例えば、登り坂の傾斜が２０°を越えると制御が難しくなる。

【0066】

この点、第２軌道修正ベクトルＶｃ２は押込み修正ベクトルＶｅだけでなく経路速度ベクトルＶｆにも直交するようにした。したがってワーク表面の形状がいかなるものであっても安定したアクティブ設計値倣の測定を実現できるようになった。

【0067】

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

【符号の説明】

【0068】

１００…形状測定システム、
２００…三次元測定機、２１０…定盤、
２２０…移動機構、２２１…Ｙスライダ、２２２…Ｘスライダ、２２３…Ｚ軸コラム、２２４…Ｚスピンドル、
２３０…プローブ、２３１…スタイラス、２３２…測定子、２３３…支持部、
３００…モーションコントローラ、３１０…ＰＣＣ取得部、３２０…カウンタ部、３３０…移動指令生成部、３４０…駆動制御部、
４００…手動コントローラ、
５００…ホストコンピュータ、５２０…記憶部、５３０…形状解析部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】