特許 6761703 被測定物測定装置および被測定物測定方法

(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】6761703

(24)【登録日】2020年9月9日

(45)【発行日】2020年9月30日

(54)【発明の名称】被測定物測定装置および被測定物測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 5/00 20060101AFI20200917BHJP

   G01B 5/20 20060101ALI20200917BHJP

【ＦＩ】

   G01B5/00 A

   G01B5/20 C

【請求項の数】10

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-169084(P2016-169084)

(22)【出願日】2016年8月31日

(65)【公開番号】特開2018-36128(P2018-36128A)

(43)【公開日】2018年3月8日

【審査請求日】2019年6月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003458

【氏名又は名称】芝浦機械株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100101247

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 俊一

(74)【代理人】

【識別番号】100095500

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 正和

(74)【代理人】

【識別番号】100098327

【弁理士】

【氏名又は名称】高松 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】室伏 勇

【審査官】 九鬼 一慶

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０８８２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１９７７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−０４３３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２１２３５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｂ ５／００−５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ボール体を被測定物から離れた待機位置から前記被測定物に近づく所定の一方向に移動させることで前記被測定物に当接させることを、３回以上の複数回おこなうボール体当接工程と、
前記ボール体当接工程で前記被測定物に複数回当接させたときの前記ボール体の複数個所の位置を用いて、前記被測定物を計測する計測工程と、を有し、
前記ボール体当接工程での前記各待機位置を前記所定の一方向から見ると、前記各待機位置のそれぞれは、お互いが、前記ボール体の直径の値もしくは直径より小さな値だけ離れており、
前記ボール体当接工程は、前記当接を少なくとも４回おこなう工程であるとともに、前記各待機位置を前記所定の一方向から見ると、少なくとも４つの前記待機位置のうちの３つの前記待機位置における前記ボール体の中心で形成する３角形の内側に、４つの前記待機位置のうちの他の１つの前記待機位置における前記ボール体の中心が位置しており、
前記計測工程が、前記３角形の内側に位置している１つの前記待機位置での前記ボール体の中心を含みＺ軸方向に延びている１つの延長線と前記被測定物の表面との交点の位置、前記３角形の内側に位置している１つの前記待機位置からの移動で前記被測定物に前記ボール体が接したときの当接点の位置の、少なくともいずれかを計測する工程を含む、ことを特徴とする被測定物測定方法。

【請求項2】

請求項１に記載の被測定物測定方法において、
前記３角形の３つの辺それぞれの長さの値が、前記ボール体の直径の値の１／３倍〜１倍の範囲内になっていることを特徴とする被測定物測定方法。

【請求項3】

請求項２に記載の被測定物測定方法において、
前記３角形の３つの辺それぞれの長さの値がお互いに等しくなっていることを特徴とする被測定物測定方法。

【請求項4】

請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の被測定物測定方法において、
前記ボール体当接工程で複数回の当接を行い前記計測工程で計測を行うことを、待機位置を変えて複数回繰り返すことで、前記被測定物の外形形状をもとめることを特徴とする被測定物測定方法。

【請求項5】

請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の被測定物測定方法において、
前記ボール体当接工程で、前記ボール体を４回以上の複数回で前記被測定物に当接させる場合、前記所定の一方向からみたときに、複数回−（マイナス）１回の当接における前記ボール体の中心位置のそれぞれが、所定の円の円周を当分配するところに位置しており、残りの１回の当接における前記ボール体の中心位置が、前記円の中心のところに位置していることを特徴とする被測定物測定方法。

【請求項6】

ボール体を被測定物に対して相対的に移動させるボール体移動部と、
前記ボール体が前記被測定物に当接したときの前記ボール体の位置を検出するボール体検出部と、
前記ボール体を前記被測定物から離れた待機位置から前記被測定物に近づく所定の一方向に移動させることで前記被測定物に当接させることを、３回以上の複数回おこなうように、前記ボール体移動部を制御し、前記ボール体を前記被測定物に複数回当接させたときの前記ボール体の複数個所の位置を検出するように前記ボール体検出部を制御するとともに、前記ボール体を前記被測定物に複数回当接させたときの前記ボール体の複数個所の位置を用いて、前記被測定物を計測する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記各待機位置を前記所定の一方向から見ると、前記各待機位置のそれぞれが、お互いに、前記ボール体の直径の値もしくは直径より小さな値だけ離れており、前記当接が少なくとも４回おこなわれるとともに、前記各待機位置を前記所定の一方向から見ると、少なくとも４つの前記待機位置のうちの３つの前記待機位置における前記ボール体の中心で形成する３角形の内側に、４つの前記待機位置のうちの他の１つの前記待機位置における前記ボール体の中心が位置し、
前記３角形の内側に位置している１つの前記待機位置での前記ボール体の中心を含みＺ軸方向に延びている１つの延長線と前記被測定物の表面との交点の位置、前記３角形の内側に位置している１つの前記待機位置からの移動で前記被測定物に前記ボール体が接したときの当接点の位置の、少なくともいずれかを計測するように構成されていることを特徴とする被測定物測定装置。

【請求項7】

請求項６に記載の被測定物測定装置において、
前記３角形の３つの辺それぞれの長さの値が、前記ボール体の直径の値の１／３倍〜１倍の範囲内になっていることを特徴とする被測定物測定装置。

【請求項8】

請求項６〜請求項７のいずれか１項に記載の被測定物測定装置において、
前記３角形の３つの辺それぞれの長さの値がお互いに等しくなっていることを特徴とする被測定物測定装置。

【請求項9】

請求項６〜請求項７のいずれか１項に記載の被測定物測定装置において、
前記制御部は、ボール体の当接を複数回行い前記ボール体を前記被測定物に複数回当接させたときの前記ボール体の複数個所の位置を検出することを、待機位置を変えて複数回繰り返すことで、前記被測定物の外形形状をもとめることを特徴とする被測定物測定装置。

【請求項10】

請求項６〜請求項７のいずれか１項に記載の被測定物測定装置において、
前記制御部は、前記ボール体を４回以上の複数回で前記被測定物に当接させる場合、前記所定の一方向からみたときに、複数回−（マイナス）１回の当接における前記ボール体の中心位置のそれぞれが、所定の円の円周を当分配するところに位置しており、残りの１回の当接における前記ボール体の中心位置が、前記円の中心のところに位置するように構成されていることを特徴とする被測定物測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、被測定物測定装置および被測定物測定方法に係り、ボール体を被測定物に当接させて被測定物を測定するものに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、精密加工における、ワークの芯出しや機上でのワークの測定機能はとても重要である。

【0003】

精密加工機（たとえば、金属精密加工用のマシニングセンター）では、複数の工具のうちのの１つの工具をタッチプローブに交換して、ワーク（被測定物）を測定することがある。

【0004】

タッチプローブでは、ワークとタッチプローブの先端球（ボール体）とが接触した時の先端球の位置（中心の位置）を検出して、先端球をワークに接触させるときの先端球の移動方向（被測定物に対する移動方向）と座標（先端球の中心位置）から、ワークを測定する。

【0005】

ここで、従来の技術に関する特許文献として、たとえば、特許文献１を掲げることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第５８１７３７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

ところで、タッチプローブの先端球（ボール体）は、当然のことではあるが、点ではなく（位置情報だけでなく）球状になっており三次元空間で大きさ（位置情報と体積）を持っている。

【0008】

したがって、図１１や図１２で示すように、被測定物Ｗが四角柱や円柱等の単純形状である場合、その中心に向かってプローブ１０１（先端球１０３）を移動すれば、先端球１０３を被測定物Ｗの表面に垂直にあてることが容易である。そして、実際の測定位置（先端球１０３と被測定物Ｗとの当接位置Ｗ１）は、当接時の先端球１０３の中心の座標に、先端球１０３の半径Ｒの値を加えたり減じたりすれば、容易に得ることができる。

【0009】

しかし、被測定物の表面が、図４で示すように非球面等の複雑な三次元形状である場合、当接時の先端球の当接角度がわからず、先端球と被測定物との当接位置等を容易に得ることができないという問題がある。

【0010】

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、被測定物の表面が複雑な三次元形状であっても、先端球と被測定物との当接位置等を容易に得ることができる被測定物測定装置および被測定物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】

【0011】

請求項１に記載の発明は、ボール体を被測定物から離れた待機位置から前記被測定物に近づく所定の一方向に移動させることで前記被測定物に当接させることを、３回以上の複数回おこなうボール体当接工程と、前記ボール体当接工程で前記被測定物に複数回当接させたときの前記ボール体の複数個所の位置を用いて、前記被測定物を計測する計測工程と、を有し、前記ボール体当接工程での前記各待機位置を前記所定の一方向から見ると、前記各待機位置のそれぞれは、お互いが、前記ボール体の直径の値もしくは直径より小さな値だけ離れており、前記ボール体当接工程は、前記当接を少なくとも４回おこなう工程であるとともに、前記各待機位置を前記所定の一方向から見ると、少なくとも４つの前記待機位置のうちの３つの前記待機位置における前記ボール体の中心で形成する３角形の内側に、４つの前記待機位置のうちの他の１つの前記待機位置における前記ボール体の中心が位置しており、前記計測工程が、前記３角形の内側に位置している１つの前記待機位置での前記ボール体の中心を含みＺ軸方向に延びている１つの延長線と前記被測定物の表面との交点の位置、前記３角形の内側に位置している１つの前記待機位置からの移動で前記被測定物に前記ボール体が接したときの当接点の位置の、少なくともいずれかを計測する工程を含む被測定物測定方法である。

【0012】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の被測定物測定方法において、前記３角形の３つの辺それぞれの長さの値が、前記ボール体の直径の値の１／３倍〜１倍の範囲内になっている被測定物測定方法。

【0013】

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の被測定物測定方法において、前記３角形の３つの辺それぞれの長さの値がお互いに等しくなっている被測定物測定方法である。

【0014】

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の被測定物測定方法において、前記ボール体当接工程で複数回の当接を行い前記計測工程で計測を行うことを、待機位置を変えて複数回繰り返すことで、前記被測定物の外形形状をもとめる被測定物測定方法である。

【0015】

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の被測定物測定方法において、前記ボール体当接工程で、前記ボール体を４回以上の複数回で前記被測定物に当接させる場合、前記所定の一方向からみたときに、複数回−（マイナス）１回の当接における前記ボール体の中心位置のそれぞれが、所定の円の円周を当分配するところに位置しており、残りの１回の当接における前記ボール体の中心位置が、前記円の中心のところに位置している被測定物測定方法である。

【0016】

請求項６に記載の発明は、ボール体を被測定物に対して相対的に移動させるボール体移動部と、前記ボール体が前記被測定物に当接したときの前記ボール体の位置を検出するボール体検出部と、前記ボール体を前記被測定物から離れた待機位置から前記被測定物に近づく所定の一方向に移動させることで前記被測定物に当接させることを、３回以上の複数回おこなうように、前記ボール体移動部を制御し、前記ボール体を前記被測定物に複数回当接させたときの前記ボール体の複数個所の位置を検出するように前記ボール体検出部を制御するとともに、前記ボール体を前記被測定物に複数回当接させたときの前記ボール体の複数個所の位置を用いて、前記被測定物を計測する制御部と、を有し、前記制御部は、前記各待機位置を前記所定の一方向から見ると、前記各待機位置のそれぞれが、お互いに、前記ボール体の直径の値もしくは直径より小さな値だけ離れており、前記当接が少なくとも４回おこなわれるとともに、前記各待機位置を前記所定の一方向から見ると、少なくとも４つの前記待機位置のうちの３つの前記待機位置における前記ボール体の中心で形成する３角形の内側に、４つの前記待機位置のうちの他の１つの前記待機位置における前記ボール体の中心が位置し、前記３角形の内側に位置している１つの前記待機位置での前記ボール体の中心を含みＺ軸方向に延びている１つの延長線と前記被測定物の表面との交点の位置、前記３角形の内側に位置している１つの前記待機位置からの移動で前記被測定物に前記ボール体が接したときの当接点の位置の、少なくともいずれかを計測するように構成されている被測定物測定装置である。

【0017】

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の被測定物測定装置において、前記３角形の３つの辺それぞれの長さの値が、前記ボール体の直径の値の１／３倍〜１倍の範囲内になっている被測定物測定装置である。

【0018】

請求項８に記載の発明は、請求項６〜請求項７のいずれか１項に記載の被測定物測定装置において、前記３角形の３つの辺それぞれの長さの値がお互いに等しくなっている被測定物測定装置である。
請求項９に記載の発明は、請求項６〜請求項７のいずれか１項に記載の被測定物測定装置において、前記制御部は、ボール体の当接を複数回行い前記ボール体を前記被測定物に複数回当接させたときの前記ボール体の複数個所の位置を検出することを、待機位置を変えて複数回繰り返すことで、前記被測定物の外形形状をもとめる被測定物測定装置である。
請求項１０に記載の発明は、請求項６〜請求項７のいずれか１項に記載の被測定物測定装置において、前記制御部は、前記ボール体を４回以上の複数回で前記被測定物に当接させる場合、前記所定の一方向からみたときに、複数回−（マイナス）１回の当接における前記ボール体の中心位置のそれぞれが、所定の円の円周を当分配するところに位置しており、残りの１回の当接における前記ボール体の中心位置が、前記円の中心のところに位置するように構成されている被測定物測定装置である。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、被測定物の表面が複雑な三次元形状であっても、先端球と被測定物との当接位置等を容易に得ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態に係る被測定物測定装置の概略構成を示す図である。

【図2】図１におけるＩＩ矢視図である。

【図3】本発明の実施形態に係る被測定物測定装置のブロック図である。

【図4】タッチプローブを用いた被測定物の測定状態を示す図である。

【図5】タッチプローブを用いた被測定物の測定状態の詳細を示す図である。

【図6】図５におけるＶＩ矢視図である。

【図7】本発明の実施形態に係る被測定物測定方法で使用する計算式を示す図である。

【図8】本発明の実施形態に係る被測定物測定方法で使用する計算式を示す図である。

【図9】変形例に係る被測定物測定方法を示す図である。

【図10】変形例に係る被測定物測定方法を示す図である。

【図11】被測定物が四角柱状である場合における被測定物測定方法を示す図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸＩＢ矢視図である。

【図12】被測定物が円柱状である場合における被測定物測定方法を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

本発明の実施形態に係る被測定物の測定方法（被測定物測定方法）は、たとえば、図１等で示す被測定物の測定装置（被測定物測定装置）１によってなされる。

【0022】

被測定物測定装置１は、被測定物３を測定する専用機であってもよいが、被測定物測定装置１として、汎用の精密加工機（たとえば、金属精密加工用のマシニングセンター）が使用される。精密加工機１では、複数の工具のうちの１つの工具をタッチプローブ５に交換して、被測定物（ワーク）３を測定する。

【0023】

ここで、説明の便宜のために、水平な所定の一方向をＸ軸方向とし、水平な他の所定の一方向であってＸ軸方向に対して直交する方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに対して直交する方向（上下方向）をＺ軸方向とする。

【0024】

タッチプローブ５は、図１や図２で示すように、筐体（タッチプローブ筐体）７とスタイラス９とを備えて構成されている。スタイラス９は、細長い棒体部１１と、棒体部１１の先端に設けられている球状のボール体（先端球）１３とを備えて構成されている。

【0025】

スタイラス９の基端側の部位（上側の部位）は、タッチプローブ筐体７内に入り込んでおり、タッチプローブ筐体７に支持されている。

【0026】

スタイラス９は、たとえば、ボール体１３が棒体部１１の下端に位置するとともに、棒体部１１の中心軸が上下方向に延びるようにして、タッチプローブ筐体７の下端から下方に突出している。

【0027】

スタイラス９は、Ｚ軸方向、Ｘ軸に平行なＡ軸まわり、および、Ｙ軸に平行なＢ軸まわりで、タッチプローブ筐体７に対して僅かに移動自在になっている。

【0028】

常態（スタイラス９に何ら外力が加わっていない状態）では、スタイラス９は、タッチプローブ筐体７に対して最も下方に突出し、しかも、棒体部１１の中心軸がＺ軸方向に延びるように（基本姿勢になるように）、図示しない付勢部で付勢されている。

【0029】

そして、タッチプローブ５を被測定物３に対して移動し、ボール体１３が被測定物３に当接してスタイラス９に外力が働いたときに、Ｚ軸方向への移動、Ｘ軸に平行なＡ軸まわりの回動、Ｙ軸に平行なＢ軸まわりの回動のうちの少なくともいずれかの態様で、スタイラス９がタッチプローブ筐体７に対してごく僅かに移動するようになっている。

【0030】

また、タッチプローブ５は、当接によって上記ごく僅かな移動を開始した時（ボール体１３が被測定物３に当接して基本姿勢から動き始めた時）に、当接信号（接触信号）を外部に発するようになっている。この後、タッチプローブ５が被測定物３から離れたときに、タッチプローブ５は基本姿勢に戻るようになっている。

【0031】

被測定物測定装置１は、図１や図２で示すように、ベース体（ベッド）１５と、Ｘ軸移動体１７とＹ軸移動体１９とＺ軸移動体２１とヘッド筐体２３と主軸回転体２５とを備えている。

【0032】

Ｘ軸移動体１７は、ベース体１５に載置されるようにして、Ｘ軸方向で移動自在なようにベース体１５に係合しており、Ｘ軸サーボモータ２７（図３参照）等のアクチュエータによって、ベース体１５に対してＸ軸方向で移動位置決め自在になっている。

【0033】

Ｘ軸移動体１７の上面の所定の位置には、被測定物３（図１や図２では図示せず）が、被測定物固定体（図示せず）を用いて、一体的に設置されるようになっている。

【0034】

Ｙ軸移動体１９は、ベース体１５に載置されるようにして、Ｙ軸方向で移動自在なようにベース体１５に係合しており、Ｙ軸サーボモータ２９（図３参照）等のアクチュエータによって、ベース体１５に対してＹ軸方向で移動位置決め自在になっている。

【0035】

Ｚ軸移動体２１は、Ｘ軸移動体１７やＸ軸移動体１７に設置された被測定物３の上方に位置しており、Ｙ軸移動体１９の側部でＹ軸移動体１９に係合しており、Ｙ軸移動体１９に対してＺ軸方向で移動自在になっている。また、Ｚ軸サーボモータ３１（図３参照）等のアクチュエータによって、Ｙ軸移動体１９に対してＺ軸方向で移動位置決め自在になっている。

【0036】

ヘッド筐体２３は、Ｘ軸移動体１７やＸ軸移動体１７に設置された被測定物３の上方に位置しており、Ｚ軸移動体２１に一体的に設けられている。主軸回転体２５は、Ｚ軸方向に延びた中心軸を回転中心にして回転するように、ヘッド筐体２３に設けられている。

【0037】

そして、主軸サーボモータ３３（図３参照）等のアクチュエータによって、Ｚ軸移動体２１に対して回転位置決め自在になっている。

【0038】

主軸回転体２５は、この下端部がヘッド筐体２３から下方に僅かに突出しており、主軸回転体２５の下端部に、Ｘ軸移動体１７の上面に一体的に設置されたワークを加工するための工具もしくはＸ軸移動体１７の上面に一体的に設置された被測定物３を測定するためのタッチプローブ５（タッチプローブ筐体７）が一体的に設置されるようになっている。

【0039】

このように構成されていることで、主軸回転体２５の回転を停止して主軸回転体２５をヘッド筐体２３に固定すると、Ｘ軸移動体１７に一体的に設置されている被測定物３に対して、主軸回転体２５に一体的に設置されているタッチプローブ筐体７が、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向で、移動位置決め自在になる。

【0040】

また、被測定物測定装置１では、たとえば、Ｘ軸サーボモータ２７の回転出力軸に設けられているロータリエンコーダ等の検出器（図示せず）によって、Ｘ軸移動体１７の位置を検出することができるようになっている。

【0041】

同様にして、Ｙ軸サーボモータ２９の回転出力軸に設けられているロータリエンコーダ等の検出器（図示せず）によって、Ｙ軸移動体１９の位置を検出することができ、Ｚ軸サーボモータ３１の回転出力軸に設けられているロータリエンコーダ等の検出器（図示せず）によって、Ｚ軸移動体２１の位置を検出することができるようになっている。

【0042】

被測定物測定装置１についてさらに説明する。

【0043】

被測定物測定装置１は、ボール体１３を被測定物３に対して相対的に移動させるボール体移動部３５と、ボール体１３が被測定物３に当接したときのボール体１３の位置（Ｘ，Ｙ，Ｚ座標）を検出するボール体検出部３７と、制御部３９とを備えて構成されている。

【0044】

ボール体移動部３５は、すでに理解されるように、たとえば、Ｘ軸移動体１７とＹ軸移動体１９とＺ軸移動体２１とヘッド筐体２３と主軸回転体２５とＸ軸サーボモータ２７とＹ軸サーボモータ２９とＺ軸サーボモータ３１とにより、上述した態様で構成されている。

【0045】

ボール体検出部３７は、主軸回転体２５に設置されているタッチプローブ５のボール体１３が、Ｘ軸移動体１７に設置されている被測定物３に当接し、タッチプローブ５が当接信号を外部に発した時の、Ｘ軸移動体１７の位置とＹ軸移動体１９の位置とＺ軸移動体２１との位置を、上記各検出器で検出することで、ボール体１３の位置を検出するように構成されている。このとき、主軸回転体２５はヘッド筐体２３に固定されている。

【0046】

制御部３９は、ＣＰＵ４１とメモリ４３とを備えて構成されており、次に示すように、ボール体移動部３５とボール体検出部３７とを制御するようになっている。

【0047】

ボール体（ヘッド筐体２３に固定されている主軸回転体２５に設置されているタッチプローブ５のボール体）１３を、被測定物（Ｘ軸移動体１７に設置されている被測定物）３から、たとえば上方に離れた待機位置に位置させるようになっている。そして、この待機位置から被測定物３に近づく所定の一方向（たとえば、Ｚ軸方向の下方）に移動させることで、被測定物３に当接させることを、３回以上の複数回、繰り返しておこなうようにボール体移動部３５の制御をするようになっている。

【0048】

また、ボール体１３を被測定物３に複数回当接させたときのボール体１３の複数個所の位置（たとえばボール体１３の中心の位置；座標）を検出するように、ボール体検出部３７を制御するとともに、ボール体１３を被測定物３に複数回当接させたときのボール体１３の複数個所の位置を用いて、被測定物３を計測するようになっている。

【0049】

なお、上記各待機位置（各当接位置）をＺ軸方向から（Ｚ軸方向で）見ると、上記各待機位置のそれぞれは、お互いが一直線上に位置することなく僅かに離れている。

【0050】

また、被測定物測定装置１では、制御部３９が、各待機位置でのボール体１３の中心を含みＺ軸方向に延びている複数の延長線のそれぞれと、被測定物３の表面との複数の交点のうちの少なくとも１つの交点の位置（座標）をもとめることで、被測定物３を計測するようになっている。

【0051】

なお、上記計測の態様に代えてもしくは加えて、制御部３９が、ボール体１３と被測定物３との複数の当接点（接触点）のうちの少なくとも１つの当接点の位置（座標）を計測（算出）することで、被測定物３を計測するようになっていてもよい。

【0052】

さらに、制御部３９が、上記当接を少なくとも４回おこなうようになっており、各待機位置をＺ軸から見ると、複数の待機位置のうちの１つの待機位置が、複数待機位置のうちの他の複数の待機位置の内側に位置していてもよい。

【0053】

たとえば、４つの待機位置のうちの３つの待機位置におけるボール体１３の中心で形成する３角形の内側に、４つの待機位置のうちの他の１つの待機位置におけるボール体１３の中心が位置していてもよい。

【0054】

この場合、制御部３９が、３角形の内側に位置している１つの待機位置でのボール体１３の中心を含みＺ軸方向に延びている１つの延長線と被測定物３表面との交点の位置（座標）、３角形の内側に位置している１つの待機位置からの移動で被測定物３にボール体が接したときの当接点の位置（座標）の、少なくともいずれかを計測（算出）するように構成されていてもよい。

【0055】

さらに、被測定物測定装置１において、制御部３９が、ボール体１３の当接を複数回行いボール体１３を被測定物３に複数回当接させたときのボール体１３の複数個所の位置（たとえばボール体１３の中心の位置；座標）を検出することを、待機位置を変えて（ずらして）、被測定物３の計測対象になっている表面を網羅するように複数回繰り返すことで、被測定物３の外形形状をもとめるようになっていてもよい。

【0056】

次に、被測定物測定装置１の動作（被測定物測定方法）について説明する。

【0057】

被測定物測定装置１は、たとえば、メモリ４３に予め格納されている動作プログラムによって動作するようなっている。なお、図３に示す出力部４５によって動作プログラムを表示したり、図３に示す入力部４７によって動作プログラムを変更することができるようになっている。

【0058】

初期状態として、Ｘ軸移動体１７上の所定に位置に被測定物３が一体的に設置されており、主軸回転体２５にタッチプローブ５（タッチプローブ筐体７）が一体的に設置されており、主軸回転体２５がヘッド筐体２３に対して回転しないように固定されており、タッチプローブ５が、被測定物３の上方で被測定物３から離れて待機位置に位置しているものとする。

【0059】

まず、ボール体１３を被測定物３から離れた待機位置から被測定物３に近づくＺ軸下方向に直線的に移動させることで被測定物３に当接させることを、３回以上の複数回繰り返しておこなう（ボール体当接工程）。

【0060】

ボール体当接工程で被測定物３に複数回当接させたときのボール体１３の複数個所の位置（たとえばボール体１３の中心の位置；座標）を用いて、被測定物３を計測する（計測工程）。

【0061】

なお、上述したように、ボール体当接工程での各待機位置（各当接位置）をＺ軸方向で見ると、各待機位置のそれぞれは、お互いが一直線上に位置することなく僅かに離れている。

【0062】

また、計測工程では、各待機位置でのボール体１３の中心を含みＺ軸方向に延びている複数の延長線のそれぞれと被測定物３の表面との複数の交点のうちの少なくとも１つの交点の位置（座標）、ボール体１３と被測定物３との複数の当接点（接触点）のうちの少なくとも１つの当接点の位置（座標）の、少なくともいずれかを計測（算出）する。

【0063】

詳しく説明する。ボール体当接工程では、次に示すようにして、たとえば３回、ボール体１３を被測定物３に当接させてボール体１３の位置（３つの位置）を検出する。

【0064】

まず、１回目の当接では、第１の待機位置Ｐ１（図６参照）から、ボール体１３をＺ軸下方向に移動して、ボール体１３を被測定物３に当接させる（図５参照）。この後、ボール体１３をＺ軸上方に移動することで被測定物３から離して、Ｘ軸方向やＹ軸方向に僅かに移動して、第１の待機位置Ｐ１から僅かに離れた第２の待機位置Ｐ２（図６参照）に位置させる。

【0065】

続いて、２回目の当接では、第２の待機位置Ｐから、ボール体１３をＺ軸方向（１回目の当接における方向と同方向）に移動して、１回目の当接と同様に、ボール体１３を被測定物に当接させる。この後、ボール体１３をＺ軸上方に移動することでボール体１３を被測定物３から離して、Ｘ軸方向やＹ軸方向に僅かに移動して、第１の待機位置Ｐ１および第２の待機位置Ｐ２から僅かに離れた第３の待機位置Ｐ３（図６参照）に位置させる。

【0066】

続いて、３回目の当接では、第３の待機位置Ｐ３から、ボール体１３をＺ軸方向（１回目と２回目との当接における方向と同方向）に移動して、１回目や２回目の当接と同様に、ボール体１３を被測定物３に当接させる。

【0067】

上記３つの待機位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３をＺ軸方向から見ると、図６で示すように、各待機位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のそれぞれにおけるボール体１３の中心位置Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３が三角形４９の頂点のところに位置している。この三角形４９の３つの辺それぞれの長さの値は、図６では、ボール体１３の直径（たとえば１ｍｍ程度）の値よりも大きくなっているが、実際には、小さくなっていることが望ましい。

【0068】

なお、三角形４９の３つの辺それぞれの長さの値が、ボール体１３の直径の値の１倍〜１０倍の範囲内になっていてもよいし、１／３倍〜１倍の範囲内になっていてもよい。また、三角形４９の３つの辺それぞれの長さの値がお互いに等しくなっていてもよい。

【0069】

なお、各待機位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、Ｚ軸方向から見てお互いが僅かに離れているのであって、Ｚ軸方向と交差する方向（たとえば直交する方向であるＸ軸方向）から見たときにお互いが大きく離れていてもよい。

【0070】

計測工程では、たとえば、次に示すようにして、待機位置Ｐ１からの移動でボール体１３が被測定物３に当接した時（１回目の当接時）のボール体１３の中心を含みＺ軸方向に延びている延長線５１（図５参照）と被測定物３の表面との交点５３の位置（ｘ座標、ｙ座標、ｚ座標）をもとめる。

【0071】

さらに、詳しく説明すると、ボール体当接工程でのボール体１３の１回目の被測定物３への当接時におけるボール体１３の中心ＣＰ_１の位置（第１の中心位置；図７（ａ）で示すＣＰ_１（ｘ_１、ｙ_１、ｚ_１））と、ボール体当接工程でのボール体１３の２回目の被測定物３への当接時におけるボール体１３の中心ＣＰ_２の位置（第２の中心位置；図７（ａ）で示すＣＰ_２（ｘ_２、ｙ_２、ｚ_２））と、ボール体当接工程でのボール体１３の３回目の被測定物３への当接時におけるボール体１３の中心ＣＰ_３の位置（第３の中心位置；図７（ａ）で示すＣＰ_３（ｘ_３、ｙ_３、ｚ_３））とから、３つの中心位置（座標）を含む平面（ａ_１ｘ＋ｂ_１ｙ＋ｃ_１ｚ＋ｄ_１＝０；図７（ｂ）参照）をもとめる。

【0072】

なお、ボール体１３が、Ｚ軸方向にしか移動しないので、当接位置でのボール体１３の中心位置ＣＰ_１のｘ座標、ｙ座標は、待機位置でのボール体１３の中心位置Ｏ１のｘ座標、ｙ座標と等しい。同様にして、中心位置ＣＰ_２のｘ座標、ｙ座標は、待機位置での中心位置Ｏ２のｘ座標、ｙ座標と等しく、中心位置ＣＰ_３のｘ座標、ｙ座標は、待機位置での中心位置Ｏ３のｘ座標、ｙ座標と等しい。

【0073】

平面の方程式（ａ_１ｘ＋ｂ_１ｙ＋ｃ_１ｚ＋ｄ_１＝０）は、第１の中心ＣＰ_１の位置から第２の中心ＣＰ_２の位置へ向かうベクトル（図８（ｂ）に示すベクトルＣＰ_１２）と、第１の中心ＣＰ_１の位置から第３の中心ＣＰ_３の位置で向かうベクトル（図８（ｂ）に示すベクトルＣＰ_１３）との外積（外積ベクトル（ｐ，ｑ，ｒ））と、第１の中心ＣＰ_１の位置とからもとめることができるし、また、第１の中心位置ＣＰ_１、第２の中心位置ＣＰ_２、第３の中心位置ＣＰ_３の３点からももとめることができる。

【0074】

このもとめた平面（ａ_１ｘ＋ｂ_１ｙ＋ｃ_１ｚ＋ｄ_１＝０）とＸＹ平面（ｚ＝０；図７（ｃ）参照）との交差角度θの余弦（ｃｏｓθ；図７（ｄ）参照）をもとめる。このもとめたｃｏｓθとボール体１３の半径Ｒとから、Ｚ軸の座標の補正値（Ｚｃ＝Ｒ／ｃｏｓθ）をもとめる。

【0075】

１回目の当接位置におけるボール体１３の中心ＣＰ_１の位置（中心の座標；ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）とＺ軸の座標の補正値Ｚｃとから、１回目の当接でのボール体１３の中心ＣＰ_１（第１の待機位置Ｐ１でのボール体１３の中心Ｏ１）を含んでＺ軸方向に延びている１本の延長線５１と被測定物３の表面との交点５３位置（交点５３の座標；ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１−Ｒ／ｃｏｓθ）をもとめる。なお、待機位置Ｐ１からボール体１３が被測定物３側に近づく方向を、マイナス（−）方向としている。

【0076】

同様にして、ボール体１３の２回目の被測定物３への当接時におけるボール体１３の中心を含みＺ軸方向に延びている延長線と被測定物３の表面との交点の位置（ｘ座標、ｙ座標、ｚ座標）をもとめ、ボール体１３の３回目の被測定物３への当接時におけるボール体１３の中心を含みＺ軸方向に延びている延長線と被測定物３の表面との交点の位置（ｘ座標、ｙ座標、ｚ座標）をもとめてもよい。

【0077】

すなわち、２回目の当接時におけるボール体１３の中心位置ＣＰ_２（中心の座標；ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）とＺ軸の座標の補正値とから、２回目の当接でのボール体１３の中心位置ＣＰ_２を含んでＺ軸方向に延びている１本の延長線と被測定物３の表面との交点位置（交点の座標；ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２−Ｒ／ｃｏｓθ）をもとめてもよいし、３回目の当接時におけるボール体１３の中心位置ＣＰ_３（中心の座標；ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）とＺ軸の座標の補正値とから、３回目の当接でのボール体１３の中心位置ＣＰ_３を含んでＺ軸方向に延びている１本の延長線と被測定物３の表面との交点位置（交点の座標；ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３−Ｒ／ｃｏｓθ）をもとめてもよい。

【0078】

なお、計測工程で、ボール体１３と被測定物３との当接点５５の位置（座標）をもとめるときには、たとえば、次のようにする。

【0079】

前述した場合と同様にして、ボール体当接工程でのボール体１３の第１の中心位置ＣＰ_１（図８（ａ）参照）と第２の中心位置ＣＰ_２（図８（ａ）参照）と第３の中心位置ＣＰ_２（図８（ａ）参照）とから、３つの中心位置（座標）を含む平面をもとめる。

【0080】

このもとめた平面に対して直交し、１回目の当接でのボール体１３の中心を含む直線の方程式（図８（ｃ）で示す（ｘ−ｘ_Ｌ）／Ｌ＝（ｙ−ｙ_Ｍ）／Ｍ＝（ｚ−ｚ_Ｎ）／Ｎ）をもとめる。

【0081】

このもとめた直線の方程式と、１回目の当接でのボール体１３の表面の方程式（図８（ｄ）で示す（ｘ−ｘ_１）^２＋（ｙ−ｙ_１）^２＋（ｚ−ｚ_１）^２＝Ｒ^２）との２つの交点の図８（ｅ）で示す座標Ｍ_０１（ｘ_Ｍ１，ｙ_Ｍ１，ｚ_Ｍ１）、Ｍ_０２（ｘ_Ｍ２，ｙ_Ｍ２，ｚ_Ｍ２）をもとめる。ただし、ｚ_Ｍ１＜ｚ_Ｍ２であるとする。

【0082】

このもとめた２つの座標のうち、Ｚ軸の座標が小さいほうのものが、１回目の当接での被測定物３とボール体１３との接触点（当接点）５５の座標（ｘ_Ｍ１，ｙ_Ｍ１，ｚ_Ｍ１）になる。

【0083】

同様にして、２回目のボール体１３と被測定物３との当接点の座標や、３回目のボール体１３と被測定物３との当接点の座標をもとめてもよい。

【0084】

なお、上述したように、上記ボール体当接工程で、被測定物３でのボール体１３の当接を少なくとも４回おこなってもよい。この場合、当接をする前のボール体１３の各待機位置（当接したときのボール体１３の各位置でもよい。）をＺ軸方向から見ると、複数の待機位置のうちの１つの待機位置が、複数待機位置のうちの他の複数の待機位置の内側に位置している。

【0085】

たとえば、４つの待機位置のうちの３つの待機位置におけるボール体１３の中心で形成する３角形の内側に、４つの待機位置のうちの他の１つの待機位置におけるボール体１３の中心が位置している。

【0086】

また、上記計測工程では、内側に位置している１つの待機位置でのボール体１３の中心を含みＺ軸方向に延びている１つの延長線と被測定物３の表面との交点の位置（座標）、内側に位置している１つの待機位置からの移動で被測定物３にボール体１３が当接したときの当接点の位置（座標）の、少なくともいずれかを計測（算出）するが、３つの待機位置からの当接における交点の位置や当接点の位置を計測してもよい。

【0087】

なお、上記ボール体当接工程で、４回以上の複数回、ボール体を被測定物に当接させる場合、複数回の当接をするときの各待機位置におけるボール体１３の中心の位置をＺ軸方向からみると、４回のうちの３回で、ボール体１３の中心で三角形が形成されていればよい。

【0088】

たとえば、当接を４回行ったとき、Ｚ軸方向から見て、ボール体１３の中心の位置を順に適宜つないでいくと、４角形（１つの内角が１８０°を超えるものを含む）が形成されること（３点以上の点が１直線上に存在していないこと）が通常であるが、４回のうちの３回でボール体の中心の位置が１直線上に存在していることで、３角形しか形成されない態様であってもよい。

【0089】

ボール体当接工程で４回以上の複数回、ボール体１３を被測定物３に当接させたときには、最小二乗法によって、上記平面（ａ１ｘ＋ｂ１ｙ＋ｃ１ｚ＋ｄ１＝０；図７（ｂ）参照）や上記直線（（ｘ−ｘ_Ｌ）／Ｌ＝（ｙ−ｙ_Ｍ）／Ｍ＝（ｚ−ｚ_Ｎ）／Ｎ；図８（ｃ）参照）をもとめる。

【0090】

また、ボール体当接工程で、ボール体を４回被測定物３に当接させる場合、４回の当接をするときの各待機位置におけるボール体１３の中心の位置をＺ軸方向からみると、図９で示すように、４回のうちの３回の当接におけるボール体１３の中心位置のそれぞれが正三角形の３つの頂点のそれぞれのところに位置しており、４回のうちの残りの１回の当接におけるボール体１３の中心位置が、上記正三角形の中心のところに位置していることが望ましい。そして、残りの１回の当接における当接点の座標等をもとめることが望ましい。

【0091】

なお、被測定物の測定方法によって、被測定物の外形形状をもとめてもよい。

【0092】

すなわち、ボール体当接工程で複数回の当接を行い上記計測工程で計測を行うことを、待機位置を変えて（ずらして）、被測定物３の計測対象になっている表面を網羅するように、複数回繰り返すことで、被測定物３の外形形状をもとめてもよい。

【0093】

被測定物測定方法によれば、ボール体当接工程での各待機位置を所定の一方向から見ると、各待機位置のそれぞれは、お互いが一直線上に位置することなく僅かに離れており、ボール体当接工程で被測定物３に複数回当接させたときのボール体１３の複数個所の位置を用い、これらの複数個所の位置を含む平面をもとめ、被測定物３を計測するので、被測定物３の表面が複雑な三次元形状であっても、ボール体１３と被測定物３との当接位置を、上記平面を用いた補正によって容易に得ることができる。

【0094】

また、被測定物測定方法によれば、計測工程では、待機位置でのボール体１３の中心を含みＺ軸方向に延びている複数の延長線のそれぞれと被測定物３の表面との複数の交点のうちの少なくとも１つの交点の位置（座標）をもとめるので、Ｚ軸の座標のみを補正すればよく、被測定物３の計測を一層容易にすることができる。

【0095】

また、計測工程で、ボール体１３と被測定物３との複数の当接点（接触点）のうちの少なくとも１つの当接点の位置（座標）をもとめるので、ボール体１３と被測定物３との実際の当接点の座標を得ることができる。

【0096】

また、被測定物測定方法によれば、計測工程で、内側に位置している１つの待機位置でのボール体１３の中心を含みＺ軸方向に延びている１つの延長線と被測定物３の表面との交点の位置（座標）や、内側に位置している１つの待機位置からの移動で被測定物３にボール体１３が当接したときの当接点の位置（座標）を計測するので、計測する箇所（被測定物３の表面の点）に接する平面を正確にもとめることができる。

【0097】

また、被測定物測定方法によれば、ボール体当接工程で複数回の当接を行い計測工程で計測を行うことを、待機位置を変えて複数回繰り返すことで、被測定物３の外形形状をもとめるので、被測定物３全体の形状を広範囲（たとえば全体）にわたって得ることができる。

【0098】

ところで、被測定物測定装置１が精密加工機であり、精密加工機１に設置した被測定物３が、荒加工後であってさらに仕上げ加工を要するワークであるとすれば、被測定物３の外形形状をもとめることで、ワーク３の精密加工機１への設置精度、ワーク３の仕上げ代の把握を容易に得ることができる。

【0099】

また、ボール体当接工程で、ボール体を４回以上の複数回被測定物３に当接させる場合Ｚ軸方向からみたときに、図１０で示すように、複数回−（マイナス）１回の当接におけるボール体１３の中心位置のそれぞれが、円ＣＺの円周を当分配するところに位置しており、残りの１回の当接におけるボール体１３の中心位置が、円ＣＺの中心のところに位置していることが望ましい。

【0100】

また、被測定物測定装置１において、Ｘ軸移動体１７に設置された被測定物３に対して、主軸回転体２５に設置されたタッチプローブ５が、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向で移動位置決め自在になっていることに加えて、Ｘ軸方向に延びたＡ軸まわりで回動位置決め自在であり、Ｙ軸方向に延びたＢ軸まわりで回動位置決め自在になっていてもよい。

【符号の説明】

【0101】

１ 被測定物測定装置
３ 被測定物
１３ ボール体
３５ ボール体移動部
３７ ボール体検出部
３９ 制御部
５１ 延長線
５３ 交点
５５ 当接点の位置
Ｏ１，Ｏ１，Ｏ３ ボール体の中心
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ 待機位置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】