(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024161561
(43)【公開日】2024-11-19
(54)【発明の名称】形状測定機の校正方法
(51)【国際特許分類】
G01B 5/00 20060101AFI20241112BHJP
【ＦＩ】
G01B5/00 P
【審査請求】有
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2024139598
(22)【出願日】2024-08-21
(62)【分割の表示】P 2021025088の分割
【原出願日】2021-02-19
(71)【出願人】
【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】110003535
【氏名又は名称】スプリング弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】川田 善之
(57)【要約】 （修正有）
【課題】回転テーブルが搭載される形状測定機において、形状測定機の直動機構の少なくとも１軸を原点復帰したときであっても、精度を保ちながら少ない工程で回転テーブルを校正する。
【解決手段】形状測定機の校正方法において、移動体の原点復帰により原点位置を設定する初期設定の第１のステップと、移動体の原点位置の初期値に対応する回転テーブルの中心位置の初期値を求める第２のステップと、移動体を駆動後に移動体の直動軸を原点に復帰させる第３のステップと、移動体の原点復帰に応じて移動体の中心位置を更新する第４のステップを備える。第４のステップでは、１つまたは２つの周方向位置で回転テーブルに配設された直径既知の基準球の中心位置を求め、基準球についての１点または２点の中心位置から回転テーブルの中心位置を求め、第２のステップで得た回転テーブルの中心位置を更新する。
【選択図】図５
【解決手段】形状測定機の校正方法において、移動体の原点復帰により原点位置を設定する初期設定の第１のステップと、移動体の原点位置の初期値に対応する回転テーブルの中心位置の初期値を求める第２のステップと、移動体を駆動後に移動体の直動軸を原点に復帰させる第３のステップと、移動体の原点復帰に応じて移動体の中心位置を更新する第４のステップを備える。第４のステップでは、１つまたは２つの周方向位置で回転テーブルに配設された直径既知の基準球の中心位置を求め、基準球についての１点または２点の中心位置から回転テーブルの中心位置を求め、第２のステップで得た回転テーブルの中心位置を更新する。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
定盤とこの定盤に対して直動可能な少なくとも１軸を備えた移動体と、前記定盤に対して回転自在な回転テーブルとを含む形状測定機の校正方法において、
前記移動体を駆動後に前記移動体の少なくとも１軸を原点に復帰させる原点復帰のステップと、
前記移動体の原点復帰に応じて前記回転テーブルの予め記憶された中心位置を更新するステップと、を備え、
前記中心位置を更新するステップは、前記回転テーブルを回転駆動して前記回転テーブルの少なくとも２つの周方向位置で、前記回転テーブル表面近傍に配設され、その直径が予め測定又は記憶された基準球の中心位置を求めるステップと、
前記基準球についての少なくとも２点の中心位置から前記回転テーブルの中心位置を求め、前記予め記憶された中心位置を更新するステップを含む、ことを特徴とする形状測定機の校正方法。
前記移動体を駆動後に前記移動体の少なくとも１軸を原点に復帰させる原点復帰のステップと、
前記移動体の原点復帰に応じて前記回転テーブルの予め記憶された中心位置を更新するステップと、を備え、
前記中心位置を更新するステップは、前記回転テーブルを回転駆動して前記回転テーブルの少なくとも２つの周方向位置で、前記回転テーブル表面近傍に配設され、その直径が予め測定又は記憶された基準球の中心位置を求めるステップと、
前記基準球についての少なくとも２点の中心位置から前記回転テーブルの中心位置を求め、前記予め記憶された中心位置を更新するステップを含む、ことを特徴とする形状測定機の校正方法。
【請求項2】
前記基準球の中心位置を求めるステップは、前記回転テーブルを駆動して回転対称にある２つの周方向位置において、測定プローブを、前記基準球の前記原点復帰の前の予め記憶された中心位置に基づき、前記基準球に接近させて、前記基準球の中心位置を求めるステップである、請求項１に記載の形状測定機の校正方法。
【請求項3】
前記基準球の中心位置を求めるステップは、前記回転テーブルを駆動して異なる３つ以上の周方向位置において、測定プローブを、前記基準球の前記原点復帰前の予め記憶された中心位置に基づき、前記基準球に接近させて、前記基準球の中心位置を求めるステップである、請求項１に記載の形状測定機の校正方法。
【請求項4】
前記原点復帰のステップの後、前記中心位置を更新するステップの前に、前記基準球を前記回転テーブル表面の近傍に配設するステップを有し、
前記基準球の中心位置を求めるステップは、前記回転テーブルを駆動して回転対称にある２つの周方向位置において前記基準球の中心位置を求めるステップである、請求項１に記載の形状測定機の校正方法。
前記基準球の中心位置を求めるステップは、前記回転テーブルを駆動して回転対称にある２つの周方向位置において前記基準球の中心位置を求めるステップである、請求項１に記載の形状測定機の校正方法。
【請求項5】
定盤とこの定盤に対して直動可能な少なくとも１軸を備えた移動体と、前記定盤に対して回転自在な回転テーブルとを含む形状測定機の校正方法において、
前記移動体を駆動後に前記移動体の少なくとも１軸を原点に復帰させる原点復帰のステップと、
前記移動体の原点復帰に応じて、前記回転テーブルの予め記憶された中心位置を更新するステップと、を備え、
前記中心位置を更新するステップは、前記回転テーブルを回転駆動して前記回転テーブルの周方向の基準位置１点において、前記回転テーブル表面近傍に配設され、その直径が予め測定又は記憶された基準球の中心位置を求めるステップと、
求めた前記中心位置と、前記基準位置で測定された前記原点復帰前の前記基準球の中心位置とから前記回転テーブルの中心位置を求め、前記予め記憶された中心位置を更新するステップを含む、ことを特徴とする形状測定機の校正方法。
前記移動体を駆動後に前記移動体の少なくとも１軸を原点に復帰させる原点復帰のステップと、
前記移動体の原点復帰に応じて、前記回転テーブルの予め記憶された中心位置を更新するステップと、を備え、
前記中心位置を更新するステップは、前記回転テーブルを回転駆動して前記回転テーブルの周方向の基準位置１点において、前記回転テーブル表面近傍に配設され、その直径が予め測定又は記憶された基準球の中心位置を求めるステップと、
求めた前記中心位置と、前記基準位置で測定された前記原点復帰前の前記基準球の中心位置とから前記回転テーブルの中心位置を求め、前記予め記憶された中心位置を更新するステップを含む、ことを特徴とする形状測定機の校正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ワークの形状・寸法を測定する形状測定機の校正方法に係り、特に回転テーブルを有する形状測定機に好適な校正方法に関する。
【背景技術】
【0002】
測定対象のワークの外径や内径等を高精度に測定するために、先端が球状のプローブをワークに当接、または、光学式プローブなどを接近させて非接触で測定する、三次元測定可能な形状測定機が多用される。このような形状測定機では、定盤上に水平面内のＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向、およびＸ、Ｙ軸方向の双方に直交する上下方向のＺ軸方向に動く移動体がそれぞれ用意され、前記プローブは、これらの移動体に接続されており、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動可能となっている。ワークは、上記定盤上に載置される。ワークが回転対称性を有する場合には、ワークの軸を自身のＺ軸に一致させて載置可能な回転テーブルまたはθテーブルを前記定盤上に取り付けて測定することで、測定に要する時間を低減している。
【0003】
ところで、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の移動体および回転テーブルでは、その導入時において各軸を調整し、原点を設定する。これらテーブルは、長期の稼働後の環境変化等でまたは電源切断により、原点が移動する可能性がある。形状測定機を再起動する時に、一旦、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の移動体を原点復帰させると、回転テーブルでは原点が数十μｍもの位置ずれを生じる場合がある。そのため、長期使用後の原点復帰動作や電源切断後の再起動時には、形状測定機の導入時と同様の校正が必要であった。
【0004】
形状測定機を導入する時と同様の校正は、多大な時間と工数を要するものであり、高精度を維持しつつ校正の簡略化または短縮化が求められている。回転テーブルにおける上記不具合を解消するために、従来種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１に記載の座標測定機用ロータリテーブル（回転テーブル）では、ワークを取り付ける治具をロータリテーブルから取り外すことなく、ロータリテーブルの校正を実行している。
【0005】
具体的には、ロータリテーブルの回転中心近傍に第１の基準球を、第１の基準球とは高さが異なる位置に第２の基準球をそれぞれ設けた後、それらの回転中心を求め、一方の基準球の回転中心をロータリテーブルの回転中心に暫定的に設定する。それとともに２個の基準球の回転中心を通る直線の傾きを、ロータリテーブルの傾きとする。さらに第３の基準球をワークの治具を回避した位置に設け、その回転中心を求める。環境変化等で新たな校正が必要になったときに、第３の基準球の回転中心をその都度求め、先に求めておいた第３の基準球の回転中心との差から、暫定的に設定したロータリテーブルの回転中心を補正している。
【0006】
回転テーブルの他の校正方法が、特許文献２に開示されている。この公報に記載の三次元測定機では、回転テーブルの座標系を登録するために、少なくとも３点の角度位置で回転テーブルの表面の基準点の座標位置を測定する。測定に用いる校正治具は、接触部として３個の同径の球体を有するとともに支柱及び基台を支持部として有し、プローブの先端球に３点で同時に接することが可能である。測定時には、回転テーブルの表面に校正治具を設置してプローブを校正治具に接近させ、プローブの先端球が３個の球体と同時に接触した状態で、座標位置を読み取っている。
【0007】
形状測定装置の原点校正を高精度に実行する原点ゲージの例が、特許文献３に開示されている。この公報に記載の原点ゲージは、台座部と、台座部の上方に第１基準球と第２基準球を設置している。台座部は円板形状であって、台座部の中心軸上に第１の基準球の中心を配置する。第２の基準球の中心は、台座部の中心軸からずれた位置にある。第１の基準球及び第２の基準球の相対位置関係は、既知である。測定プローブを外径測定姿勢にして第１の基準球を測定し、その結果に基づいて外径測定姿勢の原点を校正する。さらにプローブを内径測定姿勢にして第２の基準球を測定し、その結果に基づいて内径測定姿勢の原点を校正する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開平６－２４９６４１号公報
【特許文献2】特開２０１２－８３１９２号公報
【特許文献3】特開２０１７－１５４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献１に記載の従来のロータリテーブルでは、被測定物（ワーク）をロータリテーブルに固定する治具をロータリテーブルから撤去することなく、ロータリテーブルの校正をすることが可能である。したがって、温度変化等によりロータリテーブルの中心位置もしくはその指示値が変化しても、ロータリテーブルの中心位置を正確に校正することができる。
【0010】
しかしながら、この公報に記載のロータリテーブルは、再度の校正のために、基準球を３か所以上の位置で測定しなければならず、校正の工数が増加する。また、この公報に記載のロータリテーブル校正は予め、ロータリテーブル上の第３の基準球の回転中心を求めることが必須である。この校正では、回転中心を求めるためには、３か所以上の複数位置で測定せねばならず、校正の工数が増大する。さらに、この公報に記載のロータリテーブル校正は、ワークの計測中であっても第３の基準球をロータリテーブルに固定保持する必要があり、そのような場所をロータリテーブル上に得られない可能性の大きい一般のワークの測定には、本方法を適用できない。
【0011】
特許文献２には、回転テーブルの座標系を登録するために、３点以上の角度位置で回転テーブルの座標位置の基準位置を測定することが記載されている。この公報では、通常初期状態で回転テーブルに対して実行する校正についてのみ記載されており、ワークの一連の測定後または新たなワークの測定のために回転テーブルの座標系をチェックするために、形状測定機に搭載された回転テーブルを校正して測定精度を向上させることを考慮していない。すなわち、回転テーブルが形状測定機に搭載されている場合に、温度変化等により形状測定機が備える直動機構の原点が変化する。それにより、形状測定機に搭載された回転テーブルの原点位置が変化させられるが、そのような事態への対処方法については考慮されていない。また、ワークを保持するための治具と基準球との干渉も考慮されておらず、校正のために治具を取り外すなどすれば、治具の重量が例えば、６０ｋｇ以上ともなれば、簡単に取り外しや再設置はできず、多大な工数の増加につながる。特に再設置には、回転テーブルのネジ穴と治具のネジ位置を合わせることに非常に時間を要することが一般である。また、この公報では、基準球を３つ回転テーブル上に設置せねばならず、上記の干渉が発生する要因にもなっている。さらに公報に記載の方法は、回転テーブルのテーブル面の近傍と遠方の両方の位置での測定がされず、回転テーブルが歳差運動（すりこぎ運動）している場合には、回転軸が大きく振れるため、この手法では大きな誤差となる。つまり、高精度で高価な回転テーブル用の校正方法である。
【0012】
特許文献３には、校正時に測定用プローブを取り付けるアームが伸びすぎて、アームのたわみが測定に影響するのを防止するために、アームを伸ばさない状態で校正することが開示されている。しかしながらこの公報に記載の原点ゲージにおいても、形状測定装置がワークを測定した後に温度変化や起動／停止の繰り返し等でその直動部の原点位置が変化し、形状測定装置に搭載される円板形状の台座部の原点位置を変化させることについては、考慮されていない。もしくは、変化した原点位置を、精度を保ちながら少ない工程および時間で校正することについて考慮していない。
【0013】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は回転テーブルが搭載された形状測定機において、形状測定機の直動機構である、例えば三次元測定機の少なくとも１軸を原点復帰したときであっても、校正の精度を保ちながら少ない工程または時間で回転テーブルを校正することにある。本発明の他の目的は、この目的に加え、回転テーブル上にワーク保持用の治具が搭載されたままで、回転テーブルの校正を可能にすることにある。本発明のさらに他の目的は、これらの目的に加え、低精度で安価な回転テーブルでも回転中心軸を高精度に求めることにある。そして本発明では、上記各目的の少なくともいずれかを達成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
上記目的を達成する本発明の特徴は、定盤とこの定盤に対して直動可能な少なくとも１軸を備えた移動体と前記定盤に対して回転自在な回転テーブルとを含む形状測定機の校正方法が、前記移動体の原点復帰により原点の初期値を設定する初期設定の第１のステップと、前記移動体の原点位置の初期値に対応する前記回転テーブルの中心位置の初期値および前記回転テーブルの回転軸を求め記憶する初期設定の第２のステップと、前記移動体を駆動後に前記移動体の少なくとも１軸を原点に復帰させる原点復帰の第３のステップと、前記移動体の原点復帰に応じて前記回転テーブルの中心位置を更新する第４のステップを備え、前記第４のステップは、前記回転テーブルを回転駆動して前記回転テーブルの少なくとも２つの周方向位置で、前記回転テーブル表面近傍に配設された直径既知の基準球の中心位置を求めるステップと、前記基準球についての少なくとも２点の中心位置から前記回転テーブルの中心位置を求め、前記第２のステップで記憶された回転テーブルの中心位置の初期値を更新するステップを含むことにある。
【0015】
そしてこの特徴において、前記移動体は互いに直交する３軸方向に移動自在な（Ｘ、Ｙ、Ｚ）移動体であり、前記回転テーブルは、前記（Ｘ、Ｙ、Ｚ）移動体が備える３軸の内の１軸またはこれら３軸のいずれとも異なる１軸周りに回転自在に設けられているのが好ましい。
【0016】
さらに、前記第２のステップ実行後であって前記第３のステップ実行前に、直径既知の前記基準球を前記回転テーブル表面の近傍に配設するとともにその中心位置の初期値を求めて記憶し、前記第４のステップ実行時に、前記回転テーブルを駆動して回転対称にある２つの周方向位置において前記基準球の中心位置を求め、その際記憶された前記基準球の中心位置の初期値に基づいて測定プローブを接近させ配置して前記基準球の中心位置を求め、求めた２つの中心位置に基づいて前記回転テーブルの新たな中心位置を求め、前記第２のステップで求めた回転テーブルの中心位置を新たな中心位置で更新し記憶することが望ましい。
【0017】
また、前記第２のステップ実行後であって前記第３のステップ実行前に、直径既知の前記基準球を前記回転テーブル表面の近傍に配設するとともにその中心位置の初期値を求めて記憶し、前記第４のステップ実行時に、前記回転テーブルを駆動して異なる３つ以上の周方向位置において前記基準球の中心位置を求め、その際記憶された前記基準球の中心位置の初期値に基づいて測定プローブを接近させ配置して前記基準球の中心位置を求め、前記基準球の求めた３つ以上の中心位置に基づいて前記回転テーブルの新たな中心位置を求め、前記第２のステップで求めた回転テーブルの中心位置をこの新たな中心位置で更新するようにしてもよい。
【0018】
さらにまた、前記第３のステップ実行後に、直径既知の前記基準球を前記回転テーブル表面の近傍に配設し、前記第４のステップ実行時に、前記回転テーブルを駆動して回転対称にある２つの周方向位置において前記基準球の中心位置を求め、求めた２つの中心位置から前記回転テーブルの新たな中心位置を求め、前記第２のステップで求めた回転テーブルの中心位置を新たな中心位置で更新する、または前記第４のステップ実行後に前記基準球を前記回転テーブルから取り外すようにしてもよい。
【0019】
上記特徴において、前記第２のステップは、前記基準球を前記回転テーブルに配設し、この回転テーブルの周方向の基準位置で前記基準球の中心位置の初期値を測定し記憶することを含み、前記第４のステップは、前記回転テーブルの周方向少なくとも異なる２点の代わりに前記回転テーブルの周方向の基準位置（1か所）で前記基準球の中心位置を新たに求め、前記第２のステップで求めた回転テーブルの中心位置をこの新たな中心位置で更新するものであるようにすることも可能である。
【発明の効果】
【0020】
本発明によれば、形状測定機に付設された回転テーブルの校正方法において、事前に、高精度に回転軸を求めるようにしており、形状測定機の移動体である直動機構の原点復帰後に、回転テーブルの中心位置の校正を少ない測定回数で実現できる。また、回転中心近傍に基準球を設置した場合には１回、回転テーブルの周辺に設置した場合には２回で、回転テーブルの校正を完了することができる。すなわち、従来基準球の中心位置を３回以上測定しないと正確な回転テーブルの中心位置の校正が不可能であったが、１回ないし２回の測定でも実現できる。１回あたりの校正に要する時間が低減したので、頻繁な校正も可能であり、常に高精度な測定値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0021】
【図1】本発明に係る回転テーブルを備えた形状測定機の一実施例の斜視図である。
【図2】本発明に係る回転テーブルの校正方法の一実施例における、ステップ１、２を説明するための図である。
【図3】本発明に係る回転テーブルの校正方法の一実施例および他の実施例における、ステップ３、４を説明するための図である。
【図4】本発明に係る回転テーブルの校正方法のさらに他の実施例における、ステップ３、４を説明するための図である。
【図5】本発明に係る回転テーブルの校正方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0022】
以下、本発明に係る形状測定機のいくつかの実施例を、図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る回転テーブル１８０を備えた三次元形状測定機（三次元測定機、形状測定機とも称す）１００の斜視図である。本実施例の三次元測定機１００は、堅牢に構成された定盤１５０上に回転テーブル（ロータリテーブルとも称す）１８０がθ方向に回転自在に設けられている。θ方向は、詳細を後述するが、一般にはＺ軸周りの方向である。
【0023】
定盤１５０の上面端部には、前後方向に延びる案内レール等からなるＹ軸ガイド１４０、１７０が設けられており、このＹ軸ガイド１４０、１７０には、上下方向に延びるＹキャリッジ１３０、１６０が直動自在に係止している。そして、２つのＹキャリッジ１３０、１６０はその上端部をＸ軸ガイド１１０で接続されており、Ｙキャリッジ１６０とＹキャリッジ１３０が同期して動くことを可能にしている。
【0024】
Ｘ軸ガイド１１０は、ほぼ水平に配置されており、先端部にプローブホルダ１９０を取り付けたＺキャリッジ１２０が、Ｘ軸方向に移動自在に取り付けられている。ここでＸ軸方向は、三次元測定機１００の幅方向であり、Ｚキャリッジ１２０は、Ｘ軸方向に直交するＺ軸方向に移動可能に構成されている。
【0025】
Ｚキャリッジ１２０に設けられたプローブホルダ１９０の先端には、三次元測定機１００の測定対象および測定内容に応じたプローブ１９２が取り付けられており、Ｚキャリッジ１２０により上下方向、すなわちＸ軸及びＹ軸に直交する方向に移動可能になっている。この図１では、プローブ１９２は、先端に球状の当接手段を持つ水平面内で十字に配置されたプローブである。
【0026】
以上のように構成した三次元測定機１００では、Ｙキャリッジ１３０、１６０、Ｚキャリッジ１２０およびＸ軸ガイド１１０、Ｙ軸ガイド１４０、１７０等は、この三次元測定機１００の直動可能な移動体を構成する。そして、移動体は、Ｘ移動体、Ｙ移動体、Ｚ移動体を含むことになる。本実施例では三次元測定機を例にとり説明しているので、３軸方向に移動可能な構成であるが、以下の説明は１軸方向にしか動くことができない移動体を持つ測定機にも適用できる。
【0027】
三次元測定機１００に取り付けられた回転テーブル１８０には、ワークＷが搭載可能である。ワークＷは、図示しない治具等を用いて回転テーブルに固定して取り付けられる。一般にワークＷが回転対称な構成である場合に、回転テーブル１８０を使用するのが便利であり、この図１においても一点鎖線で示すワークＷは、例えばベベルギアである。ベベルギアの場合には、円周を歯数で割った角度（ピッチ）ごとに同一の状態が出現するので、回転テーブル１８０をピッチ分だけ回転させて形状を測定及び確認する。測定結果は、制御・演算装置２１０に送られ、制御・演算装置２１０が有する記憶手段に記憶され、ワークＷの品質評価に供される。
【0028】
ところで、三次元測定機１００を用いて精密測定するためには、その精度を保証するために、種々の段階で機器の校正を実行する。一般的には、三次元測定機１００を導入したとき、１年に１回または数か月に１回程度の定期校正時、バッチ処理等の場合のバッチ終了時もしくはバッチ開始時、三次元測定機１００による測定が完了して電源を遮断した後に再開する時に、三次元測定機１００を校正する。
【0029】
従来三次元測定機１００の校正においては、機器導入時はもちろんのこと、その他の校正時においても、以下に第１のステップ及び第２のステップとして示す、機器導入時と同様の校正作業を実行していた。機器導入時の校正は機器を立ち上げるために必要なものであるから、多大な時間を費やすのもやむを得ない。しかし、機器を導入した後に機器を稼働した後の校正は、できるだけ短時間で高精度に実現することが望まれる。そこで、機器導入時に実行した校正結果を利用して、短縮した校正の実現を図った。その結果、以下に示す第３のステップと第４のステップとして示す校正を実行することで、校正時間の短縮化と校正工程の簡易化を図りながら、校正精度を維持できた。以下に各ステップの内容を詳細に説明する。以下では、接触式のプローブについて説明するが、非接触のプローブでも同様である。つまり、接触式のプローブでは、基準球に近接及び当接させる必要があるが、光学式などの非接触のプローブでは、基準球の表面にプローブを接近させ、レーザー光などを基準球に照射するなどして測定を行うが基本的な回転テーブルの校正としての違いはない。
【0030】
＜校正の第１のステップ＞
校正の第１、第２のステップは、機器導入時の初期校正や年に１回の定期校正時、使用環境が大幅に変化した場合等に実行する校正である。図２を用いて本ステップを説明する。図２（ａ）は、三次元測定機１００に搭載される回転テーブル１８０の部分のみを取り上げた斜視図であり、図２（ｂ）は三次元測定機１００が備えるプローブ１９２を用いて、第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２の中心の軌跡２２２、２２４からそれぞれの軌跡の中心位置Ω１、Ω２を求める様子を示す模式斜視図である。図２（ｃ）は、第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２の詳細を示す図である。
校正の第１、第２のステップは、機器導入時の初期校正や年に１回の定期校正時、使用環境が大幅に変化した場合等に実行する校正である。図２を用いて本ステップを説明する。図２（ａ）は、三次元測定機１００に搭載される回転テーブル１８０の部分のみを取り上げた斜視図であり、図２（ｂ）は三次元測定機１００が備えるプローブ１９２を用いて、第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２の中心の軌跡２２２、２２４からそれぞれの軌跡の中心位置Ω１、Ω２を求める様子を示す模式斜視図である。図２（ｃ）は、第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２の詳細を示す図である。
【0031】
校正の第１のステップでは、回転テーブル１８０を除いた、主として（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の３次元直動機構部の原点復帰を実行し、原点位置を設定する。三次元測定機１００は、図１に示したように、Ｘキャリッジを兼ねるＺキャリッジ１２０がＸ軸ガイド１１０を左右に移動することにより、Ｘ方向位置を定め、Ｙキャリッジ１３０、１６０がＹ軸ガイド１４０、１７０を前後に移動することによりＹ方向位置を定める。また、Ｚキャリッジ１２０内をプローブホルダ１９０が昇降して移動することによりＺ方向位置を定める。その際、各キャリッジ１２０、１３０、１６０およびプローブホルダ１９０の移動量は、図示しないインクレメンタル方式の計測手段、例えばリニアスケール等を用いて計測される。原点復帰の際には、図示しない原点センサの位置まで各軸を移動させることにより原点位置を定める。この原点の設定は従来通りなので、説明を省略する。
【0032】
＜校正の第２のステップ＞
三次元測定機１００の直交する３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸）の原点復帰を完了したら、三次元測定機１００に搭載した回転テーブル１８０の初期校正を実行する。回転テーブル１８０の初期校正においては、回転テーブル１８０上の２か所に、いずれも事前の測定または製作設計値などにより直径が既知の第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２を上端部に有する校正治具１２、１４を取り外し可能に固定して取り付ける。校正治具１２には、回転テーブル１８０の上面からの高さがＺ１となるように、直径φＤＲ１の基準球ＳＲ１が取り付けられる。同様に、校正治具１４には、回転テーブル１８０の上面からの高さがＺ２となるように、直径φＤＲ２の基準球ＳＲ２が取り付けられる。
三次元測定機１００の直交する３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸）の原点復帰を完了したら、三次元測定機１００に搭載した回転テーブル１８０の初期校正を実行する。回転テーブル１８０の初期校正においては、回転テーブル１８０上の２か所に、いずれも事前の測定または製作設計値などにより直径が既知の第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２を上端部に有する校正治具１２、１４を取り外し可能に固定して取り付ける。校正治具１２には、回転テーブル１８０の上面からの高さがＺ１となるように、直径φＤＲ１の基準球ＳＲ１が取り付けられる。同様に、校正治具１４には、回転テーブル１８０の上面からの高さがＺ２となるように、直径φＤＲ２の基準球ＳＲ２が取り付けられる。
【0033】
直径φＤＲ１とφＤＲ２は、ほぼ同じ大きさであってもよいし異なっていてもよい。一方、高さＺ１は、第１の基準球ＳＲ１をできるだけ回転テーブル１８０の近傍に配置するため、低くなっており、高さＺ２は、第２の基準球ＳＲ２をできるだけ回転テーブル１８０から離すために、測定対象ワークＷの高さかそれ以上であることが望ましい。ただし、測定対象ワークＷが巨大な場合には、第２の基準球ＳＲ２の測定において、測定プローブ２２が当接した際にたわまない等の剛性が保証される高さにする。なお、測定プローブ２２が非接触の場合は、この限りではない。高さＺ１とＺ２は、この回転テーブル１８０の回転中心Ｏを通る回転軸ＡＲを定めるのに用いられる。また、第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２の回転テーブル１８０の回転中心Ｏからの距離が大きければ大きいほど、回転テーブル１８０の中心位置Ｏ及び回転テーブルの回転軸ＡＲを正確に校正できることが期待される。つまり、本発明では、高さの異なる２つの基準球を測定することで、歳差運動のある安価な回転テーブルの回転軸に対しても、その影響を小さくして校正されることが期待される。
【0034】
回転テーブル１８０は回転軸ＡＲ周りに回転自在であるので、三次元測定機１００の定盤１５０の上面であって回転テーブル１８０が載置される位置の近傍を、回転テーブル１８０の回転の基準位置０（°）とする。基準位置からの回転テーブルの回転量（角度）をθとする。角度θにおける第１の基準球ＳＲ１と第２の基準球ＳＲ２の三次元測定機１００に固定した座標系における位置を、それぞれ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）とする。ここで、第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２の位置とは、それぞれの基準球ＳＲ１、ＳＲ２の中心位置ω１、ω２を意味する。
【0035】
図２（ｂ）に示すように、回転テーブル１８０を回転させて、複数位置で第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２の中心位置ω１、ω２を求める。測定位置数は、少なくとも３か所以上であり、望ましくは６～１２か所程度である。測定位置の周方向角度θの間隔は、ほぼ等間隔とすると測定誤差を低減できる。第１の基準球ＳＲ１の中心位置ω１は、空間表示でπ１ｉ（ｉ＝１、…ｎ：ｎは測定点数）で表され、第２の基準球ＳＲ２の中心位置ω２は、空間表示でπ２ｉ（ｉ＝１、…ｍ：ｍは測定点数）で表される。測定点群π１ｉからは、第１の基準球ＳＲ１の中心位置ω１の軌跡２２２が求まり、測定点群π２ｉからは、第２の基準球ＳＲ２の中心位置ω２の軌跡２２４が求まる。離散点の軌跡２２２を円弧近似することにより、第１の基準球ＳＲ１が作る円の中心位置Ω１が求められ、同様に離散点の軌跡２２４を円弧近似することにより第２の基準球ＳＲ２が作る円の中心位置Ω２が得られる。ここで、Ｚ１が十分小さければ、Ω１を回転中心Ｏとすることができる。また、Ｚ１が既知であれば、Ω１のＺ方向成分（すなわちΩｚ）からＺ１を差し引いたΩ１‘（ΩＸ，ΩＹ，ΩＺ－Ｚ１）が回転中心になる。さらに一般的には、２つの円の中心位置Ω１、Ω２を直線で結び、その直線が回転テーブル１８０の上面と交差する点が、回転テーブル１８０の回転中心Ｏになる。求めた回転中心Ｏは、基準回転中心Ｏ（ＸＲ０、ＹＲ０、ＺＲ０）として、制御・演算装置２１０に記憶される。
【0036】
校正工程において、第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２の中心位置ω１、ω２を求める際には、当接型の測定プローブ２２を用いる場合には図２（ａ）に示すように、基準球ＳＲ１、ＳＲ２の周囲に測定プローブ２２を当接させ、基準球ＳＲ１、ＳＲ２の周囲の３点以上の点で測定プローブ２２の座標を計測することにより求まる。ここで、基準球ＳＲ１、ＳＲ２の中心位置ω１、ω２は、予め知られた直径値（直径固定フィット）を利用して、求めても良いが、プローブ２２の直径が誤差を含むことも想定されるので、基準球ＳＲ１、ＳＲ２の表面を４点以上あるいは倣い測定で基準球ＳＲ１、ＳＲ２の表面を万遍なく多点測定し、直径フリーフィットで基準球ＳＲ１、ＳＲ２の中心座標を求める方が好ましい。
測定プローブ２２の直径と基準球ＳＲ１、ＳＲ２の直径φＤＲ１、φＤＲ２を既知とすることで、これにより後述する人手を介さない自動測定が可能になり、測定の効率化が図られる。なお、上記校正の第１、第２のステップは、予めプログラミングすることにより、自動測定が可能である。校正の第２のステップが終了したら、第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２は回転テーブル１８０から取り外される。これにより、ワークＷの三次元測定を支障なく実行することが可能になる。
測定プローブ２２の直径と基準球ＳＲ１、ＳＲ２の直径φＤＲ１、φＤＲ２を既知とすることで、これにより後述する人手を介さない自動測定が可能になり、測定の効率化が図られる。なお、上記校正の第１、第２のステップは、予めプログラミングすることにより、自動測定が可能である。校正の第２のステップが終了したら、第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２は回転テーブル１８０から取り外される。これにより、ワークＷの三次元測定を支障なく実行することが可能になる。
【0037】
＜校正の第３のステップ＞
以降の校正ステップでは、第３の基準球ＳＲ３を使用する。第３の基準球ＳＲ３の設置は手動に頼らざるを得ないが、第３の基準球ＳＲ３を用いた位置測定に関しては自動測定と手動測定の両方法が可能である。第３の基準球ＳＲ３は、第１の基準球ＳＲ１と同一であってもよいが、その直径φｄＲ３（＝φＤ）は事前の測定または製作設計値などにより、既知である。初めに、校正の第２のステップに連続して行う、第３の基準球ＳＲ３の初期位置測定について説明する。
以降の校正ステップでは、第３の基準球ＳＲ３を使用する。第３の基準球ＳＲ３の設置は手動に頼らざるを得ないが、第３の基準球ＳＲ３を用いた位置測定に関しては自動測定と手動測定の両方法が可能である。第３の基準球ＳＲ３は、第１の基準球ＳＲ１と同一であってもよいが、その直径φｄＲ３（＝φＤ）は事前の測定または製作設計値などにより、既知である。初めに、校正の第２のステップに連続して行う、第３の基準球ＳＲ３の初期位置測定について説明する。
【0038】
図３は、第３の基準球ＳＲ３を用いて自動で校正する場合を説明する図であり、同図（ａ）は、第３の基準球ＳＲ３を設置した状態を示す模式斜視図である。同図（ｂ）は、回転テーブル１８０の中心Ｏから第３の基準球ＳＲ３までの距離を示す図であり、距離のｘ－ｙ平面成分Ｌを示している。同図（ｃ）は、第３の基準球ＳＲ３の測定位置を示す図である。
【0039】
回転テーブル１８０の回転中心Ｏから偏心した位置であって、できるだけ回転テーブル１８０の上面に近接して、第３の基準球ＳＲ３を有する第３の校正治具１６を設定する。第３の校正治具１６の設定要件は、基準球ＳＲ３の回転テーブルにおける半径方向位置及び高さが第１の校正治具１２とほぼ同様であることにあるので、第３の校正治具１６を第１の校正治具１２で兼用してもよい。第３の校正治具１６が設定されたので、回転テーブル１８０の回転の基準位置θ０を、三次元測定機１００の定盤１５０に設定する。この基準位置をθ０＝０°とする。基準位置は、任意位置に設定可能である。
【0040】
次に回転テーブル１８０を回転して、基準位置０°に設定し、第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）を計測する。得られた第３の基準球ＳＲ３の中心位置をＰ０（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）として、制御・演算装置２１０に記憶する。
【0041】
次に、ワークＷの測定を所定回繰り返した後や測定環境が変化した後等に、三次元測定機１００が備える各軸のインクレメンタル方式の計測器の原点を確認および修正するために、三次元測定機１００に対して原点復帰の動作を実行する。これは、通常電源切断前後や、ワークＷの１バッチ分の計測が終了して一段落した後等に実行する、日常的な校正（以下日常校正とも称す）である。なお、原点復帰は必ずしも三次元測定機１００の３軸すべてについて実行する必要はなく、移動頻度の高かった１軸についてだけ原点復帰させてもよい。
【0042】
＜校正の第４のステップ＞
三次元測定機１００の少なくとも１軸について原点復帰させると、回転テーブル１８０の原点復帰した軸に関する成分が不明となる。例えば、測定終了直後の原点復帰前の回転テーブル１８０の中心位置Ｏ（ａ１，ＹＲ０，ＺＲ０）をＸ軸原点復帰すると、回転テーブル１８０の中心位置のＸ座標はａ１とは異なる値になる。ただし、原点復帰や環境変化による中心座標の変化は、自動測定時にプローブを近接及び当接が不可能になるほどにはずれることはない。
三次元測定機１００の少なくとも１軸について原点復帰させると、回転テーブル１８０の原点復帰した軸に関する成分が不明となる。例えば、測定終了直後の原点復帰前の回転テーブル１８０の中心位置Ｏ（ａ１，ＹＲ０，ＺＲ０）をＸ軸原点復帰すると、回転テーブル１８０の中心位置のＸ座標はａ１とは異なる値になる。ただし、原点復帰や環境変化による中心座標の変化は、自動測定時にプローブを近接及び当接が不可能になるほどにはずれることはない。
【0043】
第３の基準球ＳＲ３を、回転テーブル１８０の上面近傍で、中心から偏心した位置に取り付ける。基準球ＳＲ３をワークＷの測定に影響を及ぼさない回転テーブル１８０上に配置できれば、初期校正状態と同一状態であるから最も好ましい。つまり、回転テーブル上面近傍では、回転テーブルの回転による歳差運動などの誤差要因が小さいことが期待されるため、正確に回転テーブルの回転中心位置Ｏを求められることが期待される。しかしながらそのように基準球ＳＲ３を配置することが困難な場合には、再現性高く第３の基準球ＳＲ３を配置できる位置に取り外し可能に設定することが現実的である。また、第３の基準球ＳＲ３を第１の基準球ＳＲ１で兼用することも可能であり、その場合、第１の基準球ＳＲ１の測定結果の一部を第３の基準球ＳＲ３の初期値とすれば工程数を少なくすることができる。
【0044】
以下は、自動校正の場合を示す。第３の基準球ＳＲ３の中心座標を測定するために、三次元測定機１００に記憶している第３の基準球ＳＲ３の想定位置に基づいて、測定プローブ２２を自動で移動させる。第３の基準球ＳＲ３を用いた校正開始前に第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐとして利用できるのは、初期校正時に得た回転テーブル１８０の回転中心Ｏと第３の基準球ＳＲ３の回転中心位置ω３からの距離Ｌおよび基準球ＳＲ３の高さ方向位置である。これより、第３の基準球ＳＲ３の想定中心位置Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、
Ｘ＝ＸＲ０＋ＬＣＯＳ（θ－θ０）、Ｙ＝ＹＲ０＋ＬＳＩＮ（θ－θ０）、Ｚ＝Ｚ１
と表すことができる。
Ｘ＝ＸＲ０＋ＬＣＯＳ（θ－θ０）、Ｙ＝ＹＲ０＋ＬＳＩＮ（θ－θ０）、Ｚ＝Ｚ１
と表すことができる。
【0045】
ここで、Ｌ、θは図３（ｂ）に示すように、それぞれ第３の基準球ＳＲ３の回転テーブル１８０の回転中心Ｏからの距離のｘ－ｙ平面成分および回転テーブル１８０の回転角度である。θ０は、初期校正時に第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐを測定した角度位置であり、初期校正時に基準位置（０°）で測定していたのであれば、θ０は０°である。また、回転テーブル１８０の高さ方向には、ワークＷの測定前後で変化がないものとしている。回転テーブル１８０の回転角度θを変化させて三次元測定機１００の制御・演算装置２１０が第３の基準球ＳＲ３の想定位置を演算および記憶し、以下の測定を実行する。
【0046】
回転テーブル１８０の回転角度θが回転対称となる２点に測定プローブ２２を接近及び当接させ、第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐを測定する。得られる２点の座標は、Ｐ１（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）、Ｐ２（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）である。この各点の座標値は、原点復帰後の測定値である。なお、回転テーブル１８０の測定点を異なる３点以上とすれば、回転テーブル１８０の回転方向（θを変えた）の測定位置は、回転対称な２点を含む必要はない。回転対称な２点とするのは、測定回数を最小にする場合であるから、測定回数もしくは測定時間を減らす要求が高い場合には２点の測定で済む回転対称な２点での測定とし、回転対称位置を設定するのに多大な作業を必要とするときには、任意の異なる３点以上で測定するのがよい。
【0047】
回転対称な２点における第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐ１、Ｐ２が求められたので、幾何学的関係から回転テーブル１８０の中心Ｏが求められる。すなわち校正後の回転テーブル１８０の回転中心Ｏ（ＸＲ１、ＹＲ１、ＺＲ１）の各軸成分は、
ＸＲ１＝（Ｘ２＋Ｘ３）／２、ＹＲ１＝（Ｙ２＋Ｙ３）／２、ＺＲ１＝（Ｚ２＋Ｚ３）／２
となり、これらの値を制御・演算装置２１０に記憶し、以後のワークＷの測定に用いる。なお、回転テーブル１８０の中心から偏心した位置に基準球ＳＲ３を設置すれば、回転テーブル１８０の回転対称位置で基準球ＳＲ３を測定するだけでよい。つまり、周方向位置２か所だけの測定で済むようになる。またこの測定では、基準球ＳＲ３を倣い測定することが基準球ＳＲ３の中心を求める際にばらつきを抑えられるので望ましい。
ＸＲ１＝（Ｘ２＋Ｘ３）／２、ＹＲ１＝（Ｙ２＋Ｙ３）／２、ＺＲ１＝（Ｚ２＋Ｚ３）／２
となり、これらの値を制御・演算装置２１０に記憶し、以後のワークＷの測定に用いる。なお、回転テーブル１８０の中心から偏心した位置に基準球ＳＲ３を設置すれば、回転テーブル１８０の回転対称位置で基準球ＳＲ３を測定するだけでよい。つまり、周方向位置２か所だけの測定で済むようになる。またこの測定では、基準球ＳＲ３を倣い測定することが基準球ＳＲ３の中心を求める際にばらつきを抑えられるので望ましい。
【0048】
回転テーブル１８０は、三次元測定において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動（直動）するものの、全体としては各軸に対して傾きを変えて移動することはない。したがって、回転テーブル１８０の回転軸ＡＲは、そのベクトル方向を変化させることはなく、これは原点復帰作業により影響されない。回転テーブル１８０の中心座標Ｏの校正が完了したので、第３の基準球ＳＲ３を回転テーブル１８０から必要に応じて取り外し、ワークＷを回転テーブル１８０に載置して、三次元測定機１００による測定を開始する。ここで第３の基準球ＳＲ３を取り外す必要があるのは、ワークＷと干渉する場合等である。
【0049】
以上が自動校正の場合であるが、手動校正する他の実施例を以下に説明する。自動校正でも手動校正でも、この日常校正前に第３の基準球ＳＲ３を回転テーブル１８０に取り付ける、および日常校正後に回転テーブル１８０から取り外すのは同じである。ただし手動の場合、第３の基準球ＳＲ３を取り付ける時期は、三次元測定機１００の原点復帰作業後でもよい。手動校正が自動校正と異なる主要な点は、第３の基準球ＳＲ３に測定プローブ２２を接近させる動作においてである。
手動校正では測定プローブ２２が第３の基準球ＳＲ３に接近するのを目視等で確認できるので、測定プローブ２２が接触式プローブの場合には、オペレータがジョイスティックを用いてプローブ２２を操作し、第３の基準球ＳＲ３の表面へ測定プローブ２２の表面を当接させる。測定プローブ２２が光学式等の非接触式プローブの場合には、目視でプローブ２２を第３の基準球ＳＲ３の表面に近接させる。
また、３点以上の測定であれば回転対称位置を正確に求める必要もないので、熟練者であれば自動校正と同程度の測定時間で実行できる。測定プローブ２２を第３の基準球ＳＲ３に当接させた以後の測定および回転テーブル１８０の中心位置Ｏの演算は、上記実施例と同様に行われる。
手動校正では測定プローブ２２が第３の基準球ＳＲ３に接近するのを目視等で確認できるので、測定プローブ２２が接触式プローブの場合には、オペレータがジョイスティックを用いてプローブ２２を操作し、第３の基準球ＳＲ３の表面へ測定プローブ２２の表面を当接させる。測定プローブ２２が光学式等の非接触式プローブの場合には、目視でプローブ２２を第３の基準球ＳＲ３の表面に近接させる。
また、３点以上の測定であれば回転対称位置を正確に求める必要もないので、熟練者であれば自動校正と同程度の測定時間で実行できる。測定プローブ２２を第３の基準球ＳＲ３に当接させた以後の測定および回転テーブル１８０の中心位置Ｏの演算は、上記実施例と同様に行われる。
【0050】
第３の基準球ＳＲ３を用いて日常校正を自動で行う、さらに他の実施例を、図４を用いて以下に説明する。ここで、図４（ａ）は日常校正前の状態を示し、図４（ｂ）は日常校正中の状態を示す。本実施例が初めに示した実施例と異なるのは、第３の基準球ＳＲ３を初期校正後も取り外すことなくワークＷの測定が可能な場合に適用することにある。具体的には、第３の基準球ＳＲ３を、回転テーブル１８０の中心Ｏまたはその近傍に配置する。可能な限りの近傍に設置することで、この基準球ＳＲ３の中心座標の変化は、原点復帰や環境変化による回転中心の変化と見なすことができる。つまり、回転中心から離れた位置に基準球ＳＲ３を設置すると、回転中心の変化以外の回転テーブル１８０の熱膨張などの誤差要因により、基準球ＳＲ３の位置が変化するので、正確には測定できない。また、この測定において、倣い測定は多点の測定点を取り込むため、ばらつきを極力排除した正確な中心座標を得るのに極めて有効である。そして、ワークＷやワーク固定治具等と干渉せず、いつでも第３の基準球ＳＲ３を用いた日常校正が実施可能になっている。また、この測定においても、測定のばらつきの影響を抑えるため倣い測定が望ましいのは言うまでもない。
【0051】
温度ドリフト等で三次元測定機１００の少なくとも１軸を原点復帰させた後の日常校正において、初期校正時に測定した位置で第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐを測定するだけで、回転テーブル１８０の中心位置Ｏを求める。原則自動校正であるので、初めの実施例と同様に、測定プローブ２２を接近させる第３の基準球ＳＲ３の想定位置が必要となる。第３の基準球ＳＲ３の想定位置（１つの基準位置）として、初期測定で測定した中心位置Ｐ０（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を用いる。回転テーブル１８０の回転角度θを、第３の基準球ＳＲ３を用いて初期校正した角度位置θ０に設定する。この回転角度θ０で測定プローブを用いて第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐ１（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）を測定する。制御・演算装置２１０は、初期校正時の中心位置Ｐ０（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）と原点復帰動作があった後の中心位置Ｐ１（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、および初期校正時の回転テーブルの中心位置Ｏ（ＸＲ０、ＹＲ０、ＺＲ０）から、校正後の回転テーブル１８０の回転中心位置Ｏ（ＸＲ１、ＹＲ１、ＺＲ１）を、次式で演算する。
ＸＲ１＝ＸＲ０＋（Ｘ２－Ｘ１）、ＹＲ１＝ＹＲ０＋（Ｙ２－Ｙ１）、ＺＲ１＝ＺＲ０＋（Ｚ２－Ｚ１）
回転テーブル１８０の回転軸ＡＲは、上述と同様の理由で初期校正時と同一ベクトルである。これらの測定及び演算値を制御・演算装置２１０に記憶し、以後、ワークＷの三次元測定を実行する。
ＸＲ１＝ＸＲ０＋（Ｘ２－Ｘ１）、ＹＲ１＝ＹＲ０＋（Ｙ２－Ｙ１）、ＺＲ１＝ＺＲ０＋（Ｚ２－Ｚ１）
回転テーブル１８０の回転軸ＡＲは、上述と同様の理由で初期校正時と同一ベクトルである。これらの測定及び演算値を制御・演算装置２１０に記憶し、以後、ワークＷの三次元測定を実行する。
【0052】
上記各実施例を踏まえた、本発明に係る校正方法のフローチャートを、図５に示す。このフローチャートでは、三次元測定機１００の（Ｘ、Ｙ、Ｚ）軸の少なくとも１軸について原点復帰させる場合を例にとるが、温度ドリフト等でインクレメンタル方式の測定機の原点が変化した場合に校正を実行する場合も同様である。なお、このフローチャートでは、ステップＳ５４４がステップＳ５４０の後にも設けられているが、ステップＳ５２２の後でも良い。
【0053】
三次元測定機１００が導入されると、最初に初期設定が実行される。なお、ここでは初期設定を最初の導入時の場合について示すが、装置の大幅な変更や年に一度の定期検査等で実行する校正も初期設定に含まれる。ステップＳ５０２において、回転テーブル１８０に、径が既知の第１、第２の基準球ＳＲ１，ＳＲ２を設置する。第１の基準球ＳＲ１は回転テーブル１８０の上面に近接し、第２の基準球ＳＲ２は回転テーブル１８０から上方に離れた位置に設置する。
【0054】
次いで、回転テーブル１８０を回転し、回転角度θの複数か所、好ましくは６～１２か所で第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２の中心位置ω１、ω２を測定する（ステップＳ５０４）。第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２の中心位置ω１、ω２の測定値π１ｉ、π２ｉから第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２の軌跡円２２２、２２４を近似し、軌跡円の中心位置Ω１、Ω２を制御・演算装置２１０が演算して求める（ステップＳ５０６）。２点Ω１、Ω２を通る直線が回転テーブル１８０の上面と交差する点を、回転テーブル１８０の回転中心Ｏ（ＸＲ０，ＹＲ０，ＺＲ０）として演算して、記憶する（ステップＳ５０８）。基準球ＳＲ１が十分回転テーブル１８０に接近している場合は、Ω１の中心座標を回転中心Ｏ（ＸＲ０，ＹＲ０，ＺＲ０）としても差支えない。このとき、２点Ω１、Ω２を通る直線のベクトルを、回転テーブル１８０の回転軸ベクトルＡＲとして記憶する。以後の校正においては、回転軸ベクトルＡＲは、不変として取り扱う。回転テーブル１８０の初期校正作業が終了したので、測定の邪魔になる第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２を回転テーブル１８０から取り外す（ステップＳ５１０）。以上のステップＳ５０２～Ｓ５１０が、本発明で述べる初期校正である。
【0055】
次に、ステップＳ５１２で、直径既知の第３の基準球ＳＲ３を準備する。第３の基準球ＳＲ３は、第１の基準球ＳＲ１と同一のものであってもよい。第３の基準球ＳＲ３は日常校正に用いるものであり、この第３の基準球ＳＲ３を用いた校正の方法の違いにより、３つの方法に大別される。その区分の一つが、第３の基準球ＳＲ３を常設できるか否かである（ステップＳ５１４）。第３の基準球ＳＲ３を回転テーブル１８０上に常設できる場合はステップＳ５１６に進む。回転テーブル１８０の上面にはワークＷが載置されるので、第３の基準球ＳＲ３を回転テーブル１８０上に常設できない場合が多い。その場合は、ステップＳ５３０に進む。
【0056】
日常校正を簡略に実行するか時間をかけて正確にする実行するか（ステップＳ５１６）で２つ目の区分がある。自動化のために正確な校正を期する場合には本発明の最初の実施例に相当し、自動化に必要な準備のために、日常校正の前にデータ取得をする。具体的にはステップＳ５２０に進み、回転テーブル１８０上であって回転テーブル１８０に接近してかつ回転中心Ｏから外れた位置に、第３の基準球ＳＲ３を配設する。第３の基準球ＳＲ３を回転テーブル１８０の任意の回転角度θ０の位置で測定し、制御・演算装置２１０に記憶する（ステップＳ５２２）。ステップＳ５２０は、日常校正の準備段階を構成する。
【0057】
ステップＳ５３０は、三次元測定機１００の本来の使用法である、ワークＷの測定である。厳密にはステップＳ５３０は、回転テーブル１８０の校正には含まれない。上述したように、日常校正は、ワークの１バッチまたは数バッチ終了後、１日の作業開始時等に、三次元測定機１００が備える（Ｘ，Ｙ，Ｚ）軸の原点復帰に伴い実行される。以下ステップＳ５４０～Ｓ５５０が、本実施例における日常校正を構成する。
【0058】
原点復帰をする場合には、ステップＳ５４０に進み、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）軸の少なくとも１軸を原点復帰させる。自動校正のためには測定プローブ２２を第３の基準球ＳＲ３の近接まで接近させる必要があるが、第３の基準球ＳＲ３の位置は原点復帰により正確な位置となっていないので、ステップＳ５２２で記憶したデータを使用し、前述の想定中心位置Ｐとして演算する（ステップＳ５４４）。
【0059】
接触型の測定プローブ２２では、測定プローブを第３の基準球ＳＲ３に当接させて第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐを測定する。非接触型では第３の基準球ＳＲ３の近傍での出力から第３の基準球ＳＲ３の中心位置を検出する。回転テーブルの回転角度θに関して、回転対称な２か所の位置で、第３の基準球ＳＲ３の回転中心位置Ｐ１、Ｐ２を測定する（ステップＳ５４６）。
【0060】
回転対称な回転角度θで測定された第３の基準球ＳＲ３の回転中心位置Ｐ１、Ｐ２から、回転テーブル１８０の中心位置Ｏを、（Ｐ１＋Ｐ２）／２として演算し、制御・演算装置２１０に記憶する（ステップＳ５４８）。以後のワークＷの測定では、この回転テーブル１８０の中心位置Ｏ（ＸＲ１、ＹＲ１，ＺＲ１）を基準に測定を実行する。
【0061】
ステップＳ５１４において、第３の基準球ＳＲ３の非常設を選択すると、上記２番目の実施例になり、ステップＳ５３０に進む。ステップＳ５３０ではワークＷについて三次元測定する。ワークＷの測定が終了したまたは測定作業を開始するときに、Ｘ移動体、Ｙ移動体、Ｚ移動体の少なくとも１軸の移動体が原点復帰される（ステップＳ５７０）と、日常校正を実行するためにステップＳ５７２に進む。自動校正の場合と同様に、第３の基準球ＳＲ３を回転テーブル１８０上に設置し（ステップＳ５７２）、第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐ１、Ｐ２を回転対称な２つの回転角度θで測定する（ステップＳ５７４）。回転テーブル１８０の中心位置Ｏを、（Ｐ１＋Ｐ２）／２として演算し、制御・演算装置２１０に記憶する（ステップＳ５７６）。その際、回転中心軸ベクトルＡＲは変更しない。その後、回転テーブル１８０から第３の基準球ＳＲ３を取り外す（ステップＳ５７８）。ステップＳ５７２～Ｓ５７８は、この実施例における日常校正を構成する。
【0062】
ステップＳ５１６において、第３の基準球ＳＲ３を用いた測定が１回の簡易校正を選択すると、上記最後の例に相当し、ステップＳ５２６に進む。初めの２つの実施例とは異なり、第３の基準球ＳＲ３を回転テーブル１８０の回転中心０またはその近傍に設置する。次に、回転テーブル１８０の任意の回転角度θ０で第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐ１（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を測定し、制御・演算装置２１０に記憶する（ステップＳ５２８）。ワークＷの測定（ステップＳ５３０）が終了後に、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）テーブルの少なくとも１軸を原点復帰（ステップＳ５６０）させ、先に第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐ１を測定したのと同一の回転角度θ０で、第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐ２（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）を測定し制御・演算装置２１０に記憶する（ステップＳ５６２）。次いで、これらのデータを用いて、制御・演算装置２１０が、回転テーブルの中心Ｏ（ＸＲ１，ＹＲ１，ＺＲ１）を、ＸＲ１＝ＸＲ０＋（Ｘ２－Ｘ１）等の式を用いて演算し記憶する（ステップＳ５６４）。これで日常校正は終了する。本例では、ステップＳ５６０～ステップＳ５６４が日常校正を構成する。
【0063】
以上説明したように、本発明の各実施例によれば、少ない時間または少ない工数で日常校正を容易に実施でき、常時、高品質な三次元測定を可能にする。また、第１の基準球と第３の基準球は同一のものを使用可能なので、新たに構成用の治具等を不要とし、校正装置が簡単になる。さらに、測定対象ワークの種類に応じた三次元測定機の校正も可能であるし、逆にあらゆるワークの種類に対して１種類の校正治具だけを使用して三次元測定機を校正することもできる。
【符号の説明】
【0064】
１２…（第１の）校正治具、１４…（第２の）校正治具、１６…（第３の）校正治具、２２…測定プローブ、１００…三次元測定機、１１０…Ｘ軸ガイド、１２０…Ｚキャリッジ、１３０…Ｙキャリッジ、１４０…Ｙ軸ガイド、１５０…定盤、１６０…Ｙキャリッジ、１７０…Ｙ軸ガイド、１８０…回転テーブル（ロータリテーブル）、１９０…プローブホルダ、１９２…プローブ、２１０…制御・演算装置、２２２…（第１の基準球の）中心の軌跡、２２４…（第２の基準球の）中心の軌跡、ＡＲ…（回転テーブルの）回転中心軸（ベクトル）、ｄＲ１、ｄＲ２…（第１、第２の基準球の）直径、Ｄ…（第３の基準球の）直径、Ｏ…回転中心（位置）、Ｌ…（中心Ｏからの）距離（ｘ－ｙ平面成分）、Ｐ、Ｐ１、Ｐ２…（第３の基準球の）中心位置、ＳＲ１、ＳＲ２、ＳＲ３…基準球、Ｗ…ワーク、π１ｉ、π２ｉ…（計測した第１、第２の基準球の）中心、ω１、ω２…（第１、第２の）基準球の中心位置、Ω１、Ω２…（第１、第２の基準球の中心）軌跡の中心位置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
