(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】
(24)【登録日】2022-03-03
(45)【発行日】2022-03-11
(54)【発明の名称】形状測定方法及び形状測定装置
(51)【国際特許分類】
G01B 21/00 20060101AFI20220304BHJP
G01B 21/20 20060101ALI20220304BHJP
【ＦＩ】
G01B21/00 G
G01B21/20 Z
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2016212915
(22)【出願日】2016-10-31
(65)【公開番号】P2018072201
(43)【公開日】2018-05-10
【審査請求日】2019-10-01
【審判番号】
【審判請求日】2021-04-15
(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】澤岡 浩貴
【合議体】
【審判長】居島 一仁
【審判官】濱野 隆
【審判官】中塚 直樹
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
繰り返し精度の異なる複数種類の測定センサで同一の測定対象物の長さをそれぞれ測定して得られた複数種類の測定データを取得する測定データ取得ステップと、前記測定データ取得ステップで取得した複数種類の前記測定データに対して、それぞれ対応する前記測定センサの前記繰り返し精度に対応した重み付けを行い、前記重み付けされた複数種類の前記測定データに基づき前記長さを演算する形状演算ステップと、
を有し、
前記複数種類の測定センサには、接触式の第１測定センサと、前記第１測定センサよりも前記繰り返し精度が低い非接触式の第２測定センサとが含まれ、
前記測定データ取得ステップは、複数種類の前記測定データとして、前記第１測定センサにより前記長さを測定して得られた第１測定データと、前記第２測定センサにより前記長さを測定して得られ且つ前記第１測定データよりも測定数が多い第２測定データと、を取得する形状測定方法。
【請求項2】
前記形状演算ステップでは、複数種類の前記測定データに対して、それぞれ対応する前記測定センサの前記繰り返し精度の逆数を二乗した重み係数で重み付けを行う請求項１に記載の形状測定方法。
【請求項3】
前記形状演算ステップは、前記測定センサの種類ごとの前記繰り返し精度を記憶した記憶部を参照して、複数種類の前記測定データに対して前記重み付けを行う請求項１または２に記載の形状測定方法。
【請求項4】
前記形状演算ステップは、前記重み付けされた複数種類の前記測定データに基づき、最小二乗法を用いて前記長さを演算する請求項１から３のいずれか１項に記載の形状測定方法。
【請求項5】
繰り返し精度の異なる複数種類の測定センサで同一の測定対象物の長さをそれぞれ測定して得られた複数種類の測定データを取得する測定データ取得部と、前記測定データ取得部が取得した複数種類の前記測定データに対して、それぞれ対応する前記測定センサの前記繰り返し精度に対応した重み付けを行い、前記重み付けされた複数種類の前記測定データに基づき前記長さを演算する形状演算部と、
を備え、
前記複数種類の測定センサには、接触式の第１測定センサと、前記第１測定センサよりも前記繰り返し精度が低い非接触式の第２測定センサとが含まれ、
前記測定データ取得部は、複数種類の前記測定データとして、前記第１測定センサにより前記長さを測定して得られた第１測定データと、前記第２測定センサにより前記長さを測定して得られ且つ前記第１測定データよりも測定数が多い第２測定データと、を取得する形状測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数種類の測定センサで測定対象物の形状を測定する形状測定方法及び形状測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
測定対象物の形状を測定する形状測定装置として、例えば、測定センサを用いて測定対象物の様々な測定ポイントの三次元座標値を検出することにより測定対象物の形状を得る三次元測定装置（三次元座標測定装置或いは三次元（座標）測定機ともいう）が知られている。このような三次元測定装置で用いられる測定センサとしては、接触式の測定センサと、非接触式の測定センサとがよく知られている。
【0003】
接触式の測定センサは、例えば特許文献１に記載のプローブなどが知られており、測定対象物の測定ポイントに直に接触して測定を行う測定センサである。この接触式の測定センサは、繰り返し精度が高いというメリットが存在するものの、測定時間が長くなる（単位時間当たりの測定数が少ない）というデメリットが存在する。
【0004】
一方、非接触式の測定センサは、例えば特許文献２に記載の光学式プローブ（ラインセンサ）などが知られており、測定対象物の測定ポイントに接触することなく光学的に測定を行う測定センサである。この非接触式の測定センサは、測定時間が短くなる（単位時間当たりの測定数が多い）というメリットが存在するものの、接触式の測定センサよりも繰り返し精度が低いというデメリットが存在する。
【0005】
このように、接触式の測定センサ及び非接触式の測定センサには、互いに相反するメリットとデメリットとがある。このため、測定対象物の測定ポイントを接触式の測定センサで間隔をあけて測定すると共に、接触式の測定センサにより測定された測定ポイントの間の多数の測定ポイントを非接触式の測定センサで測定することで、両測定センサのメリット及びデメリットのバランスを取ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０１５－７５４３１号公報
【文献】特開２０１５－５９８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、接触式の測定センサ及び非接触式の測定センサを併用して測定対象物の測定を行った場合、繰り返し精度が異なる両測定センサの測定データが混在することになる。このため、両測定センサの測定データに対して、例えば最小二乗法によるフィッティングを行って測定対象物の形状を演算した際に、繰り返し精度の低く（バラツキが大きく）且つ測定数の多い非接触式の測定センサの測定データの影響を受けて、測定対象物の形状の測定精度が低下するという問題が発生する。
【0008】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、繰り返し精度が異なる併用して測定対象物の形状の測定を行う場合に、測定精度を向上させることができる形状測定方法及び形状測定装置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】
【0009】
本発明の目的を達成するための形状測定方法は、繰り返し精度の異なる複数種類の測定センサで同一の測定対象物の形状をそれぞれ測定して得られた複数種類の測定データを取得する測定データ取得ステップと、測定データ取得ステップで取得した複数種類の測定データに対して、それぞれ対応する測定センサの繰り返し精度に対応した重み付けを行い、重み付けされた複数種類の測定データに基づき形状を演算する形状演算ステップと、を有する。
【0010】
この形状測定方法によれば、複数種類の測定データに対してそれぞれ対応する測定センサの繰り返し精度に対応した重み付けを行うことで、重み付けを行わないで測定対象物の形状を演算する場合と比較して、測定対象物の形状の測定精度を向上させることができる。
【0011】
本発明の他の態様に係る形状測定方法において、形状演算ステップでは、複数種類の測定データに対して、それぞれ対応する測定センサの繰り返し精度の逆数を二乗した重み係数で重み付けを行う。これにより、測定対象物の形状の測定精度を向上させることができる。
【0012】
本発明の他の態様に係る形状測定方法において、複数種類の測定センサには、接触式の第１測定センサと、第１測定センサよりも繰り返し精度が低い非接触式の第２測定センサとが含まれ、測定データ取得ステップは、複数種類の測定データとして、第１測定センサにより形状を測定して得られた第１測定データと、第２測定センサにより形状を測定して得られ且つ第１測定データよりも測定数が多い第２測定データと、を取得する。これにより、繰り返し精度が高く測定時間が長い測定センサによる測定と、繰り返し精度が低く測定時間が短い測定センサによる測定とを併用して、短時間で測定対象物の多数の測定ポイントを測定した場合であっても、測定対象物の形状の測定精度を向上させることができる。
【0013】
本発明の他の態様に係る形状測定方法において、複数種類の測定センサの中に、複数軸方向での繰り返し精度が異なる第３測定センサが含まれる場合、形状演算ステップでは、第３測定センサにより得られた測定データの複数軸方向の各成分に対して、複数軸方向ごとの繰り返し精度に対応した重み付けを行う。これにより、測定対象物の形状の測定精度をより向上させることができる。
【0014】
本発明の他の態様に係る形状測定方法において、形状演算ステップは、測定センサの種類ごとの繰り返し精度を記憶した記憶部を参照して、複数種類の測定データに対して重み付けを行う。これにより、複数種類の測定データに対してそれぞれ対応する測定センサの繰り返し精度に対応した重み付けを行うことができる。
【0015】
本発明の他の態様に係る形状測定方法において、形状演算ステップは、重み付けされた複数種類の測定データに基づき、最小二乗法を用いて形状を演算する。これにより、公知の最小二乗法を用いて測定対象物の形状を簡単に演算することができる。
【0016】
本発明の目的を達成するための形状測定装置は、繰り返し精度の異なる複数種類の測定センサで同一の測定対象物の形状をそれぞれ測定して得られた複数種類の測定データを取得する測定データ取得部と、測定データ取得部が取得した複数種類の測定データに対して、それぞれ対応する測定センサの繰り返し精度に対応した重み付けを行い、重み付けされた複数種類の測定データに基づき形状を演算する形状演算部と、を備える。
【発明の効果】
【0017】
本発明の形状測定方法及び形状測定装置は、繰り返し精度が異なる併用して測定対象物の形状の測定を行う場合に、測定精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の形状測定装置の一例である三次元測定装置の正面図である。
【図2】三次元測定装置の側面図である。
【図3】プローブを着脱自在に保持している測定ヘッドの外観斜視図である。
【図4】ラインセンサを着脱自在に保持している測定ヘッドの外観斜視図である。
【図5】ラインセンサの概略構成を示した概略図である。
【図6】Ｘ軸方向の長さがＸの測定対象物の概略図である。
【図7】測定対象物のＸ軸方向の長さをプローブ及びラインセンサでそれぞれ繰り返し測定行って得られた測定データ（実測長さｘ）の分布を示したグラフである。
【図8】プローブ及びラインセンサを併用して同一の測定対象物の測定を行う場合の一例を説明するための説明図である。
【図9】制御部の電気的構成を示すブロック図である。
【図10】三次元測定装置による測定対象物の形状測定の流れを示すフローチャートである。
【図11】三次元測定装置の効果を説明するための説明図である。
【図12】実施例１及び実施例２で用いられる測定対象物の概略図である。
【図13】実施例１の測定結果を示したグラフである。
【図14】実施例２の測定結果を示したグラフである。
【図15】実施例３で用いられる測定対象物の概略図である。
【図16】実施例３の測定結果を示したグラフである。
【図17】他実施形態の制御部の電気的構成を示すブロック図である。
【図18】ラインセンサ以外の非接触式の測定センサの一例を説明するための説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
［三次元測定装置の構成］
図１は本発明の形状測定装置の一例である三次元測定装置１０の正面図であり、図２は三次元測定装置１０の側面図である。この三次元測定装置１０は、繰り返し精度が異なる複数種類（本実施形態では２種類）の測定センサ１１を用いて、同一の測定対象物Ｗの各測定ポイント（測定位置）の三次元座標値（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の各座標値）を測定して、測定対象物Ｗの形状を演算する。ここでいう測定対象物Ｗの形状とは、測定対象物Ｗの三次元形状、二次元形状、表面形状、輪郭形状、及び長さ又は径などの各種の寸法形状などが含まれる。
図１は本発明の形状測定装置の一例である三次元測定装置１０の正面図であり、図２は三次元測定装置１０の側面図である。この三次元測定装置１０は、繰り返し精度が異なる複数種類（本実施形態では２種類）の測定センサ１１を用いて、同一の測定対象物Ｗの各測定ポイント（測定位置）の三次元座標値（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向の各座標値）を測定して、測定対象物Ｗの形状を演算する。ここでいう測定対象物Ｗの形状とは、測定対象物Ｗの三次元形状、二次元形状、表面形状、輪郭形状、及び長さ又は径などの各種の寸法形状などが含まれる。
【0020】
なお、図１及び図２中のＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、三次元測定装置１０に固有の機械座標原点に基づいて定められる座標系である機械座標系である。また、繰り返し精度とは、繰り返し測定による測定値のバラツキ幅（標準偏差σ）である。
【0021】
図１及び図２に示すように、三次元測定装置１０は、架台１２と、架台１２上に設けられたテーブル１４（定盤）と、テーブル１４の両端部に立設された右Ｙキャリッジ１６Ｒ及び左Ｙキャリッジ１６Ｌと、右Ｙキャリッジ１６Ｒ及び左Ｙキャリッジ１６Ｌの上部を連結するＸガイド１８と、を備える。右Ｙキャリッジ１６Ｒと左Ｙキャリッジ１６ＬとＸガイド１８とにより門型フレーム１９が構成される。
【0022】
テーブル１４の上面には、測定対象物Ｗと、後述する交換マガジン２７（交換ラックともいう）とが配置されている。また、テーブル１４の両端部の上面と側面には、Ｙ軸方向に沿って右Ｙキャリッジ１６Ｒ及び左Ｙキャリッジ１６Ｌが摺動する摺動面が形成されている。なお、右Ｙキャリッジ１６Ｒ及び左Ｙキャリッジ１６Ｌには、テーブル１４の摺動面に対向する位置にエアベアリング（図示は省略）が設けられている。これにより、右Ｙキャリッジ１６Ｒ及び左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る。
【0023】
Ｘガイド１８には、Ｘキャリッジ２０が取り付けられている。このＸガイド１８には、Ｘキャリッジ２０が摺動する摺動面がＸ軸方向に沿って形成されている。また、Ｘキャリッジ２０には、Ｘガイド１８の摺動面に対向する位置にエアベアリング（図示は省略）が設けられている。これにより、Ｘキャリッジ２０はＸ軸方向に移動自在となる。
【0024】
Ｘキャリッジ２０には、Ｚキャリッジ（Ｚスピンドルともいう）２２が取り付けられている。また、Ｘキャリッジ２０には、Ｚキャリッジ２２をＺ軸方向に案内するＺ軸方向案内用のエアベアリング（図示せず）が設けられている。これにより、Ｚキャリッジ２２は、Ｘキャリッジ２０によってＺ軸方向に移動可能に保持されている。このＺキャリッジ２２の下端には、複数種類の測定センサ１１を選択的に着脱自在に保持する測定ヘッド２４が取り付けられている。
【0025】
なお、三次元測定装置１０には、図示は省略するが門型フレーム１９をＹ軸方向に移動させるＹ軸駆動部と、Ｘキャリッジ２０をＸ軸方向に移動させるＸ軸駆動部と、Ｚキャリッジ２２をＺ軸方向に移動させるＺ軸駆動部と、を含む第１駆動部３２（図９参照）が設けられている。これにより、測定ヘッド２４及び測定センサ１１を、互いに直交する３軸方向（ＸＹＺ軸方向）に移動させることができる。
【0026】
テーブル１４の右Ｙキャリッジ１６Ｒ側の端部には、Ｙ軸リニアスケール（図示せず）が設けられている。また、Ｘガイド１８にはＸ軸リニアスケール（図示せず）が設けられ、Ｚキャリッジ２２にはＺ軸リニアスケール（図示せず）が設けられている。
【0027】
一方、右Ｙキャリッジ１６Ｒには、Ｙ軸リニアスケールを読み取るＹ軸検出部（図示せず）が設けられている。また、Ｘキャリッジ２０には、Ｘ軸リニアスケール及びＺ軸リニアスケールをそれぞれ読み取るＸ軸検出部（図示せず）とＺ軸検出部（図示せず）とが設けられている。各検出部の検出結果は、コントローラ２５を介して制御部２６へ出力される。
【0028】
測定ヘッド２４は、交換マガジン２７にセットされている複数種類の測定センサ１１を選択的に着脱自在に保持する。なお、測定ヘッド２４により測定センサ１１を着脱自在に保持する方式は、例えばコネクター方式又はマグネット脱着方式などの各種方式を採用可能である。
【0029】
交換マガジン２７は、テーブル１４の上面のＹ軸方向の一端部側に載置されている。この交換マガジン２７は、複数種類の測定センサ１１をそれぞれ個別に支持するセンサ支持部２７ａを有している。なお、センサ支持部２７ａによる測定センサ１１の支持方式は特に限定されない。
【0030】
交換マガジン２７の各センサ支持部２７ａの三次元位置情報は、事前に三次元測定装置１０の制御部２６にインプットされている。このため、制御部２６は、オペレータの指示或いは事前に作成されたプログラムに従って、各キャリッジ１６Ｒ，１６Ｌ，２０，２２を駆動して、測定ヘッド２４を測定対象物Ｗの測定に使用する測定センサ１１（センサ支持部２７ａ）まで移動させた後、測定ヘッド２４に測定センサ１１を着脱自在に保持させる。
【0031】
また、制御部２６は、測定ヘッド２４が保持している測定センサ１１を交換する場合には、各キャリッジ１６Ｒ，１６Ｌ，２０，２２を駆動して、測定ヘッド２４を対応するセンサ支持部２７ａまで移動させた後、測定ヘッド２４による測定センサ１１の保持を解除してこの測定センサ１１を元のセンサ支持部２７ａへ戻す。次いで、制御部２６は、各キャリッジ１６Ｒ，１６Ｌ，２０，２２を駆動して、次に使用する測定センサ１１（センサ支持部２７ａ）まで測定ヘッド２４を移動させた後、測定ヘッド２４に測定センサ１１を着脱自在に保持させる。これにより、測定ヘッド２４の測定センサ１１の交換を自動で行うことができる。
【0032】
本実施形態では、複数種類の測定センサ１１として、接触式タッチトリガのプローブ２９と、ラインセンサ３０との２種類を用い、これらプローブ２９及びラインセンサ３０を併用して測定対象物Ｗの形状を測定する。
【0033】
【0034】
図３及び図４に示すように、測定ヘッド２４は、例えば無段階位置決め機構を備えた５軸同時制御測定ヘッドである。この測定ヘッド２４には、プローブ２９及びラインセンサ３０をそれぞれ互いに直交する２つの回転軸Ｒ１及び回転軸Ｒ２の軸周りに回転自在に保持及び回転させるモータなどの第２駆動部３３（図９参照）が設けられている。これにより、測定ヘッド２４は、プローブ２９及びラインセンサ３０の回転軸Ｒ１の軸周りの回転角φと、プローブ２９及びラインセンサ３０の回転軸Ｒ２の軸周りの回転角θとをそれぞれ無段階に調整することができる。その結果、測定ヘッド２４は、プローブ２９及びラインセンサ３０の姿勢を任意に変位（回転）させることができる。
【0035】
なお、測定ヘッド２４には、プローブ２９及びラインセンサ３０の回転角θ，φをそれぞれ検出するロータリエンコーダ等の回転角検出部（図示せず）が設けられている。この回転角検出部による検出結果は、コントローラ２５を介して制御部２６へ出力される。以下、前述のＸ軸・Ｙ軸・Ｚ軸検出部及び回転角検出部を単に各検出部３５（図９参照）という。
【0036】
図１に戻って、コントローラ２５には、三次元測定装置１０が手動測定モードである場合に、プローブ２９及びラインセンサ３０の位置及び姿勢を調整するための操作部（不図示）が設けられている。このコントローラ２５は、手動測定モード時には操作部に対する操作入力に応じて、第１駆動部３２及び第２駆動部３３（図９参照）を制御することにより、プローブ２９及びラインセンサ３０の位置と姿勢とを変位させる。一方、コントローラ２５は、三次元測定装置１０が自動測定モードである場合、制御部２６の制御の下、第１駆動部３２及び第２駆動部３３を制御して、プローブ２９及びラインセンサ３０の位置と姿勢とを変位させる。
【0037】
また、コントローラ２５には、前述の各検出部３５（図９参照）、プローブ２９、及びラインセンサ３０等が接続されており、これら各部から出力された信号等を制御部２６へ出力する。
【0038】
制御部２６は、例えばパーソナルコンピュータ等の各種演算処理装置が用いられ、三次元測定装置１０の各部の動作を統括的に制御する。この制御部２６は、前述の自動測定モード時には、第１駆動部３２及び第２駆動部３３を制御して、プローブ２９及びラインセンサ３０による測定対象物Ｗの測定ポイントの測定を実行させる。
【0039】
また、制御部２６は、詳しくは後述するが、プローブ２９及びラインセンサ３０による測定対象物Ｗの測定ポイントの測定結果（三次元座標）等に基づき、測定対象物Ｗの形状を演算する。
【0040】
図３に戻って、プローブ２９は、本発明の接触型の測定センサ（第２測定センサ）に相当するものであり、その基端側が測定ヘッド２４に着脱自在に保持される。このプローブ２９の先端にはスタイラス２９ａの基端が取り付けられており、さらにこのスタイラス２９ａの先端には接触子２９ｂ（先端球ともいう）が取り付けられている。
【0041】
また、プローブ２９には、接触子２９ｂの測定対象物Ｗへの接触の有無、及び接触子２９ｂの測定対象物Ｗへの接触により生じるスタイラス２９ａの変位量を検出する接触検出センサ（不図示）が設けられている。この接触検出センサの検出信号は、コントローラ２５を介して制御部２６へ出力される。これにより、制御部２６は、プローブ２９（スタイラス２９ａ）の先端の接触子２９ｂが測定対象物Ｗの測定ポイントに接触した瞬間における各検出部３５の検出結果に基づき、測定ポイントの三次元座標を検出する。
【0042】
図５は、本発明の非接触型の測定センサ（第１測定センサ）に相当するラインセンサ３０の概略構成を示した概略図である。図５に示すように、ラインセンサ３０は、例えば本実施形態では三角測距方式を採用した拡散反射受光型のレーザ変位計（レーザプローブともいう）が用いられる。この拡散反射受光型のラインセンサ３０は、入射部３０ａと検出部３０ｂとを備える。
【0043】
入射部３０ａは、不図示の半導体レーザ光源及び投光レンズ等により構成されており、測定対象物Ｗの測定ポイントにレーザ光ＬＡを入射させる。測定ポイントに入射されたレーザ光ＬＡは拡散反射され、拡散反射されたレーザ光ＬＡは検出部３０ｂに入射する。
【0044】
検出部３０ｂは、不図示の受光レンズと、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型の撮像素子とを含んで構成されており、測定ポイントにて拡散反射されたレーザ光ＬＡを撮像素子の撮像面に入射させる。この撮像素子は、複数の画素が２次元配列された撮像面を有しており、画素ごとに光を検出する。この撮像面には、前述のレーザ光ＬＡがスポット光として入射する。
【0045】
ここで、撮像素子の撮像面上でのレーザ光ＬＡの入射位置（スポット位置）は、ラインセンサ３０と、レーザ光ＬＡが拡散反射される測定ポイントとの位置関係に応じて変位する。このため、撮像素子の画素ごとの受光量の検出結果に基づき、ラインセンサ３０からレーザ光ＬＡの反射点である測定ポイントまでの距離を検出することができる。
【0046】
検出部３０ｂは、拡散反射されたレーザ光ＬＡの検出結果として、撮像素子の画素ごとの受光量を示す受光信号を、コントローラ２５を介して制御部２６へ出力する。これにより、制御部２６は、ラインセンサ３０による距離検出結果と、前述の各検出部３５（図９参照）の検出結果とに基づき、測定対象物Ｗの測定ポイントの三次元座標を検出する。そして、ラインセンサ３０を測定対象物Ｗの測定面に沿って移動させることにより、このラインセンサ３０の移動方向に沿って測定面の各測定ポイントの三次元座標を連続して検出することができる。
【0047】
図６は、Ｘ軸方向の長さがＸの測定対象物Ｗの概略図である。図７は、図６に示した測定対象物ＷのＸ軸方向の長さをプローブ２９及びラインセンサ３０でそれぞれ繰り返し測定行って得られた測定データ（実測長さｘ）の分布を示したグラフである。なお、実測長さｘは、プローブ２９及びラインセンサ３０により、測定対象物ＷのＸ軸方向の長さとして測定される基準位置ＲＰから実測点ＡＰまでの長さである。
【0048】
接触型の測定センサであるプローブ２９と、非接触型の測定センサであるラインセンサ３０とは、繰り返し精度及び測定時間（単位時間当たりの測定数）がそれぞれ異なる。具体的に、プローブ２９の繰り返し精度（標準偏差σ１）は、ラインセンサ３０の繰り返し精度（標準偏差σ２）よりも高くなる（σ１＜σ２）。このため、プローブ２９及びラインセンサ３０でそれぞれ測定対象物ＷのＸ軸方向の長さを繰り返し測定した場合、プローブ２９の方がラインセンサ３０よりも測定データ（実測長さｘ）のバラツキが小さくなる。
【0049】
一方、プローブ２９の測定時間は、ラインセンサ３０の測定時間よりも長いため、ラインセンサ３０の方がプローブ２９よりも測定数を多くすることができる。
【0050】
このように、繰り返し精度の異なるプローブ２９及びラインセンサ３０には互いに相反するメリット及びデメリットがある。このため、本実施形態では、両者のメリット及びデメリットのバランスを取るため、プローブ２９及びラインセンサ３０を併用して測定対象物Ｗの測定を行う。
【0051】
図８は、プローブ２９及びラインセンサ３０を併用して同一の測定対象物Ｗの測定を行う場合の一例を説明するための説明図である。図８に示すように、本実施形態では、測定対象物Ｗの測定ポイント（接触測定ポイントＰ１）をプローブ２９で間隔をあけて測定すると共に、プローブ２９により測定された測定ポイントの間に複数設定された多数の測定ポイント（非接触測定ポイントＰ２）をラインセンサ３０で測定する。
【0052】
そして、本実施形態では、プローブ２９及びラインセンサ３０の双方により測定された測定データから測定対象物Ｗの形状を演算する際に、繰り返し精度が低く且つ測定数の多いラインセンサ３０の測定データの影響が支配的にならないように、すなわち測定対象物Ｗの形状がラインセンサ３０の測定データに引きずられないように形状の演算を行う。具体的に制御部２６は、プローブ２９及びラインセンサ３０により得られた測定データから測定対象物Ｗの形状を演算する際に、プローブ２９及びラインセンサ３０の双方の繰り返し精度を考慮して形状の演算を行う。
【0053】
［制御部の構成］
図９は、制御部２６の電気的構成を示すブロック図である。図９に示すように、制御部２６は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）或いはＦＰＧＡ（field-programmable gate array）を含む各種の演算部と処理部とメモリ等により構成されている。この制御部２６は、メモリ等から読み出した不図示の制御プログラムを実行することで、測定制御部４０と、測定データ取得部４１と、記憶部４２と、形状演算部４３と、表示制御部４４として機能する。
図９は、制御部２６の電気的構成を示すブロック図である。図９に示すように、制御部２６は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）或いはＦＰＧＡ（field-programmable gate array）を含む各種の演算部と処理部とメモリ等により構成されている。この制御部２６は、メモリ等から読み出した不図示の制御プログラムを実行することで、測定制御部４０と、測定データ取得部４１と、記憶部４２と、形状演算部４３と、表示制御部４４として機能する。
【0054】
測定制御部４０は、三次元測定装置１０の自動測定モード時に、予め作成された不図示のパートプログラム（測定経路情報）に基づき、コントローラ２５を介して第１駆動部３２及び第２駆動部３３を駆動して、プローブ２９及びラインセンサ３０によりそれぞれ測定対象物Ｗの測定ポイント（接触測定ポイントＰ１、非接触測定ポイントＰ２）を自動測定する。
【0055】
また、測定制御部４０は、プローブ２９及びラインセンサ３０のいずれか一方による測定が終了した場合、予め作成された不図示のセンサ交換プログラムに基づき、コントローラ２５を介して第１駆動部３２及び第２駆動部３３を駆動して、センサ支持部２７ａに支持されているプローブ２９及びラインセンサ３０の他方まで測定ヘッド２４を移動させる。次いで、測定制御部４０は、測定ヘッド２４を駆動して、測定ヘッド２４に保持されているプローブ２９及びラインセンサ３０の一方を他方に交換する。
【0056】
なお、三次元測定装置１０が手動測定モードの場合、オペレータがコントローラ２５を操作して第１駆動部３２、第２駆動部３３、及び測定ヘッド２４を駆動することにより、プローブ２９及びラインセンサ３０の移動、測定、及び交換を行う。
【0057】
測定データ取得部４１は、測定ヘッド２４にプローブ２９が着脱自在に保持されている場合、コントローラ２５を介して、プローブ２９の既述の接触検知センサの検出結果と各検出部３５の検出結果とを取得する。これにより、測定データ取得部４１は、プローブ２９が接触した測定対象物Ｗの各接触測定ポイントＰ１の三次元座標を示す測定データ（第１測定データ）を取得する。そして、測定データ取得部４１は、測定対象物Ｗの接触測定ポイントＰ１毎の測定データを形状演算部４３へ出力する。
【0058】
一方、測定データ取得部４１は、測定ヘッド２４にラインセンサ３０が着脱自在に保持されている場合、コントローラ２５を介して、検出部３０ｂ（撮像素子）の検出結果と各検出部３５の検出結果とを取得する。これにより、測定データ取得部４１は、ラインセンサ３０からレーザ光ＬＡが入射された測定対象物Ｗの各非接触測定ポイントＰ２の三次元座標を示す測定データ（第２測定データ）を取得することができる。そして、測定データ取得部４１は、測定対象物Ｗの非接触測定ポイントＰ２毎の測定データを形状演算部４３へ出力する。
【0059】
記憶部４２は、各測定センサ１１（プローブ２９、ラインセンサ３０）の種類ごとの繰り返し精度を示す繰り返し精度情報４６を記憶している。測定センサ１１の種類ごとの繰り返し精度は既知の情報であるので、繰り返し精度情報４６は予め作成されて記憶部４２に記憶されている。なお、記憶部４２には、図示は省略するが、既述のパートプログラム、センサ交換プログラム、及び後述の形状演算部４３の演算結果等も記憶される。
【0060】
＜測定対象物の形状の演算処理＞
形状演算部４３は、記憶部４２を参照して取得した繰り返し精度情報４６と、測定データ取得部４１から取得した接触測定ポイントＰ１毎及び非接触測定ポイントＰ２毎の測定データとに基づき、測定対象物Ｗの形状を演算する。具体的に形状演算部４３は、接触測定ポイントＰ１毎及び非接触測定ポイントＰ２毎の測定データに対して、それぞれ対応する測定センサ１１（プローブ２９、ラインセンサ３０）の繰り返し精度に基づく重み付けを行い、重み付けされた各測定データに基づき最小二乗法を用いて形状を演算する。本実施形態では、プローブ２９及びラインセンサ３０の繰り返し精度をそれぞれσ１、σ２とした場合、σ１及びσ２の逆数の二乗で各測定データの重み付けを行う。すなわち、接触測定ポイントＰ１の測定データに対しては（１／σ１）２の重み係数を用いて重み付けを行い、非接触測定ポイントＰ２の測定データに対しては（１／σ２）２の重み係数を用いて重み付けを行う。
形状演算部４３は、記憶部４２を参照して取得した繰り返し精度情報４６と、測定データ取得部４１から取得した接触測定ポイントＰ１毎及び非接触測定ポイントＰ２毎の測定データとに基づき、測定対象物Ｗの形状を演算する。具体的に形状演算部４３は、接触測定ポイントＰ１毎及び非接触測定ポイントＰ２毎の測定データに対して、それぞれ対応する測定センサ１１（プローブ２９、ラインセンサ３０）の繰り返し精度に基づく重み付けを行い、重み付けされた各測定データに基づき最小二乗法を用いて形状を演算する。本実施形態では、プローブ２９及びラインセンサ３０の繰り返し精度をそれぞれσ１、σ２とした場合、σ１及びσ２の逆数の二乗で各測定データの重み付けを行う。すなわち、接触測定ポイントＰ１の測定データに対しては（１／σ１）２の重み係数を用いて重み付けを行い、非接触測定ポイントＰ２の測定データに対しては（１／σ２）２の重み係数を用いて重み付けを行う。
【0061】
以下、形状演算部４３による測定対象物Ｗの形状の演算処理の一例として、既述の図６に示した測定対象物Ｗの長さを測定する場合について説明を行う。なお、比較例（従来例）における形状の演算処理の違いを明確にするため、最初に、比較例の演算処理について説明を行う。
【0062】
（比較例の演算処理）
比較例では、プローブ２９による接触測定ポイントＰ１ごとの測定データ（実測点）をｘ１とし、ラインセンサ３０による非接触測定ポイントＰ２ごとの測定データ（実測点）をｘ２とした場合、測定データｘ１，ｘ２から測定対象物Ｗの長さＸ（推定）を演算する。なお、比較例では、プローブ２９及びラインセンサ３０の繰り返し精度（標準偏差）を用いた演算を行わないので、ここでは同じ繰り返し精度「σ」とする。
比較例では、プローブ２９による接触測定ポイントＰ１ごとの測定データ（実測点）をｘ１とし、ラインセンサ３０による非接触測定ポイントＰ２ごとの測定データ（実測点）をｘ２とした場合、測定データｘ１，ｘ２から測定対象物Ｗの長さＸ（推定）を演算する。なお、比較例では、プローブ２９及びラインセンサ３０の繰り返し精度（標準偏差）を用いた演算を行わないので、ここでは同じ繰り返し精度「σ」とする。
【0063】
測定データｘ１の確率分布をＰ（ｘ１）とし、測定データｘ２の確率分布をＰ（ｘ２）とした場合、確率分布Ｐ（ｘ１）は下記の［数１］式で表され、確率分布Ｐ（ｘ２）は下記の［数２］式で表される。
【0064】
【数1】
【0065】
【数2】
【0066】
そして、上記［数１］式及び上記［数２］に基づき、測定データｘ１，ｘ２の同時確率分布は下記の［数３］式で表される。
【0067】
【数3】
【0068】
上記［数３］式が最大となるような測定対象物Ｗの長さＸ従来は、通常の最小二乗法の式である下記の［数４］式が最大となるＸから求められ、下記の［数５］式で表される。
【0069】
【数4】
【0070】
【数5】
【0071】
（本実施形態の演算処理）
本実施形態の形状演算部４３は、測定データｘ１，ｘ２の他に、プローブ２９の繰り返し精度σ１及びラインセンサ３０の繰り返し精度σ２に関する情報を取得しているので、測定データｘ１の確率分布Ｐ（ｘ１）は下記の［数６］式で表され、測定データｘ２の確率分布Ｐ（ｘ２）は下記の［数７］式で表される。
本実施形態の形状演算部４３は、測定データｘ１，ｘ２の他に、プローブ２９の繰り返し精度σ１及びラインセンサ３０の繰り返し精度σ２に関する情報を取得しているので、測定データｘ１の確率分布Ｐ（ｘ１）は下記の［数６］式で表され、測定データｘ２の確率分布Ｐ（ｘ２）は下記の［数７］式で表される。
【0072】
【数6】
【0073】
【数7】
【0074】
そして、上記［数６］式及び上記［数７］に基づき、測定データｘ１，ｘ２の同時確率分布は下記の［数８］式で表される。
【0075】
【数8】
【0076】
上記［数８］式が最大となるような測定対象物Ｗの長さＸ改善は、繰り返し精度σ１，σ２を反映した最小二乗法の式である下記の［数９］式が最大となるＸから求められ、下記の［数１０］式で表される。
【0077】
【数9】
【0078】
【数10】
【0079】
このように形状演算部４３は、記憶部４２から取得した繰り返し精度情報４６と、測定データ取得部４１から取得した接触測定ポイントＰ１毎及び非接触測定ポイントＰ２毎の測定データとに基づき、測定対象物Ｗの長さＸ改善を演算処理する。
【0080】
ここで、比較例で演算される上記［数５］式の長さＸ従来の標準偏差σ従来を求めると下記の［数１１］式で表される。一方、本実施形態で演算される上記［数１０］式の長さＸ改善の標準偏差σ改善を求めると下記の［数１２］式で表される。
【0081】
【数11】
【0082】
【数12】
【0083】
上記［数１１］式及び上記［数１２］式を比較すると、公知の相加平均相乗平均の関係より、下記の［数１３］式が成り立つ。
【0084】
【数13】
【0085】
上記［数１３］式において、繰り返し精度が異なるプローブ２９及びラインセンサ３０によりそれぞれ異なる測定数で測定された測定データｘ１，ｘ２は、ｘ１≠ｘ２となるため、上記［数１３］式の上段に示した不等号関係は常に成り立つ。このため、本実施形態で演算される長さＸ改善の方が比較例で演算される長さＸ従来よりも値がばらつかなくなるので、測定精度が向上する。
【0086】
なお、上記例では、図６に示した測定対象物Ｗの長さを演算処理する場合を説明したが、各種の測定対象物Ｗの様々な形状を測定する場合にも同様に、測定センサ１１の種類ごとの繰り返し精度で重み付けを行って形状を演算処理する。そして、形状演算部４３は、測定対象物Ｗの形状の演算結果を記憶部４２に記憶させると共に、表示制御部４４に出力する。
【0087】
表示制御部４４は、形状演算部４３から入力された測定対象物Ｗの形状の演算結果を、制御部２６に有線接続又は無線接続されている表示部４８に表示させる。
【0088】
［三次元測定装置の作用］
次に、図１０を用いて上記構成の三次元測定装置１０による測定対象物Ｗの形状測定方法について説明を行う。ここで図１０は、三次元測定装置１０による測定対象物Ｗの形状測定の流れを示すフローチャートである。なお、三次元測定装置１０は自動測定モードと手動測定モードとを有しているが、ここでは自動測定モードが設定されている場合を例に挙げて説明を行う。また、測定対象物Ｗの測定用のパートプログラム、及び測定センサ１１（プローブ２９、ラインセンサ３０）の交換用のセンサ交換プログラムは予め作成されて記憶部４２等に記憶されているものとして説明を行う。
次に、図１０を用いて上記構成の三次元測定装置１０による測定対象物Ｗの形状測定方法について説明を行う。ここで図１０は、三次元測定装置１０による測定対象物Ｗの形状測定の流れを示すフローチャートである。なお、三次元測定装置１０は自動測定モードと手動測定モードとを有しているが、ここでは自動測定モードが設定されている場合を例に挙げて説明を行う。また、測定対象物Ｗの測定用のパートプログラム、及び測定センサ１１（プローブ２９、ラインセンサ３０）の交換用のセンサ交換プログラムは予め作成されて記憶部４２等に記憶されているものとして説明を行う。
【0089】
オペレータがテーブル１４上に測定対象物Ｗをセットした後、コントローラ２５を操作して測定開始操作を行うと、測定制御部４０は、記憶部４２等に記憶されているセンサ交換プログラムに基づき、コントローラ２５を介して第１駆動部３２及び第２駆動部３３を駆動して、センサ支持部２７ａに支持されているプローブ２９まで測定ヘッド２４を移動させる。次いで、測定制御部４０は、測定ヘッド２４を駆動して、測定ヘッド２４にプローブ２９を着脱自在に保持させる（ステップＳ１）。
【0090】
なお、測定ヘッド２４にプローブ２９が着脱自在に保持された後、公知の校正冶具を用いて自動又は手動でプローブ２９の校正が行われる。なお、プローブ２９の校正方法は公知であるのでここでは具体的な説明は省略する。
【0091】
次いで、測定制御部４０は、記憶部４２等に記憶されているパートプログラムに基づき、コントローラ２５を介して第１駆動部３２及び第２駆動部３３を駆動して、プローブ２９によりそれぞれ測定対象物Ｗの各接触測定ポイントＰ１を自動測定させる（ステップＳ２）。
【0092】
この際に、測定データ取得部４１は、コントローラ２５を介して取得したプローブ２９の既述の接触検知センサ（不図示）の検出結果と各検出部３５の検出結果とに基づき、プローブ２９が接触した測定対象物Ｗの各接触測定ポイントＰ１の三次元座標を示す測定データを取得する（ステップＳ３、本発明の測定データ取得ステップに相当）。これにより、測定数は少ないものの、バラツキが少ない精度の高い測定データが得られる。そして、測定データ取得部４１は、取得した接触測定ポイントＰ１毎の測定データを形状演算部４３へ出力する。
【0093】
測定制御部４０は、プローブ２９による測定対象物Ｗの測定が完了すると、記憶部４２等に記憶されているセンサ交換プログラムに基づき、コントローラ２５を介して第１駆動部３２及び第２駆動部３３を駆動して、プローブ２９を支持していたセンサ支持部２７ａまで測定ヘッド２４を移動させる。そして、測定制御部４０は、測定ヘッド２４を駆動して、測定ヘッド２４によるプローブ２９の保持を解除させる。これにより、測定ヘッド２４からプローブ２９が取り外され、元のセンサ支持部２７ａに支持される。
【0094】
次いで、測定制御部４０は、コントローラ２５を介して第１駆動部３２及び第２駆動部３３を駆動して、センサ支持部２７ａに支持されているラインセンサ３０まで測定ヘッド２４を移動させる。次いで、測定制御部４０は、測定ヘッド２４を駆動して、測定ヘッド２４にラインセンサ３０を着脱自在に保持させる（ステップＳ４）。これにより、測定ヘッド２４に保持されているプローブ２９がラインセンサ３０に交換される。なお、ラインセンサ３０への交換後に、校正冶具等を用いてラインセンサ３０の校正を行ってもよい。
【0095】
測定制御部４０は、測定ヘッド２４にラインセンサ３０が着脱自在に保持されると、パートプログラムに基づき、コントローラ２５を介して第１駆動部３２及び第２駆動部３３を駆動して、ラインセンサ３０によりそれぞれ測定対象物Ｗの各非接触測定ポイントＰ２を自動測定させる（ステップＳ５）。
【0096】
この際に、測定データ取得部４１は、コントローラ２５を介して取得した検出部３０ｂ（撮像素子）の検出結果と各検出部３５の検出結果とに基づき、入射部３０ａからレーザ光ＬＡが入射された測定対象物Ｗの各非接触測定ポイントＰ２の三次元座標を示す測定データを取得する（ステップＳ６、本発明の測定データ取得ステップに相当）。これにより、バラツキは大きくなるものの、多数の各非接触測定ポイントＰ２の測定データを短時間で取得することができる。そして、測定データ取得部４１は、取得した非接触測定ポイントＰ２毎の測定データを形状演算部４３へ出力する。
【0097】
なお、既述の図３及び図４に示したように、本実施形態では測定ヘッド２４によりプローブ２９及びラインセンサ３０の姿勢を任意に変位（回転）させることができるので、測定対象物Ｗが複雑な形状を有している場合であっても、測定対象物Ｗの各接触測定ポイントＰ１及び各非接触測定ポイントＰ２を測定可能である。すなわち、複雑な形状の測定対象物Ｗの形状測定を行うことができる。
【0098】
形状演算部４３は、測定データ取得部４１からの各測定データの入力と前後して、記憶部４２を参照して繰り返し精度情報４６を取得し、プローブ２９及びラインセンサ３０のそれぞれの繰り返し精度を判別する（ステップＳ７）。なお、形状演算部４３による繰り返し精度情報４６の取得のタイミングは特に限定されず、ステップＳ６よりも前の工程で繰り返し精度情報４６を取得してもよい。
【0099】
そして、形状演算部４３は、接触測定ポイントＰ１毎に測定データに対してプローブ２９の繰り返し精度に対応した重み付けを行い、且つ非接触測定ポイントＰ２毎の測定データに対してラインセンサ３０の繰り返し精度に対応した重み付けを行い、重み付けされた各測定データに対して最小二乗法によるフィッティングを行って測定対象物Ｗの形状を演算する。具体的に、形状演算部４３は、前述の［数５］式から［数１０］式を用いて、測定対象物Ｗの形状を演算する（ステップＳ８、本発明の形状演算ステップに相当）。
【0100】
次いで、形状演算部４３は、測定対象物Ｗの形状の演算結果を記憶部４２及び表示制御部４４へそれぞれ出力する。これにより、測定対象物Ｗの形状の演算結果が記憶部４２に記憶されると共に、表示制御部４４により表示部４８に表示される（ステップＳ９）。
【0101】
［本実施形態の三次元測定装置の効果］
図１１は、本実施形態の三次元測定装置１０の効果を説明するための説明図である。なお、図１１では測定対象物Ｗの面の形状を演算する場合を例に挙げて説明する。図１１の上段に符号５０で示す比較例の（従来例）のように、繰り返し精度の異なるプローブ２９及びラインセンサ３０により得られた測定データに対して単純に最小二乗法によるフィッティングを行った場合、測定対象物Ｗの形状の演算結果が、繰り返し精度の低く且つ測定数の多いラインセンサ３０の測定データの影響を受ける。その結果、測定対象物Ｗの形状の測定精度が低下する。
図１１は、本実施形態の三次元測定装置１０の効果を説明するための説明図である。なお、図１１では測定対象物Ｗの面の形状を演算する場合を例に挙げて説明する。図１１の上段に符号５０で示す比較例の（従来例）のように、繰り返し精度の異なるプローブ２９及びラインセンサ３０により得られた測定データに対して単純に最小二乗法によるフィッティングを行った場合、測定対象物Ｗの形状の演算結果が、繰り返し精度の低く且つ測定数の多いラインセンサ３０の測定データの影響を受ける。その結果、測定対象物Ｗの形状の測定精度が低下する。
【0102】
これに対して本実施形態では、繰り返し精度の異なるプローブ２９及びラインセンサ３０により得られた測定データに対して、繰り返し精度に対応した重み付けを行い、重み付けされた測定データに対して最小二乗法によるフィッティングを行っている。これにより、図１１の下段に符号５１で示す本実施形態のように、測定対象物Ｗの形状の演算結果に与えるラインセンサ３０の測定データの影響が抑えられ、逆に繰り返し精度が高く且つ測定数の少ないプローブ２９の測定データが測定対象物Ｗの形状の演算結果に与える影響が大きくなる。これにより、繰り返し精度が高く測定時間が長いプローブ２９による測定と、繰り返し精度が低く測定時間が短いラインセンサ３０による測定とを併用して、短時間で測定対象物Ｗの多数の測定ポイントを測定した場合であっても、測定対象物Ｗの形状の測定精度を向上させることができる。
【0103】
以下、本発明について行った実施例１～３を示し、本発明を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【0104】
＜実施例１＞
図１２は、実施例１及び後述の実施例２で用いられる測定対象物Ｗ１の概略図である。図１２に示すように、実施例１では三次元測定装置１０（株式会社東京精密製のザイザックス SVA NEX）を用いて、Ｚ軸に平行な中心軸を有し且つ半径ｒが１．０ｍｍの円筒体である測定対象物Ｗ１の半径ｒを測定した。最初に、繰り返し精度がσ１＝１μｍのプローブ２９（レニショー株式会社製のＴＰ）を用いて測定対象物Ｗ１の半径ｒを５点測定した。また、繰り返し精度がσ２＝１０μｍのラインセンサ３０（レニショー株式会社製のＴＤＳ）を用いて測定対象物Ｗ１の半径ｒを５００点測定した。
図１２は、実施例１及び後述の実施例２で用いられる測定対象物Ｗ１の概略図である。図１２に示すように、実施例１では三次元測定装置１０（株式会社東京精密製のザイザックス SVA NEX）を用いて、Ｚ軸に平行な中心軸を有し且つ半径ｒが１．０ｍｍの円筒体である測定対象物Ｗ１の半径ｒを測定した。最初に、繰り返し精度がσ１＝１μｍのプローブ２９（レニショー株式会社製のＴＰ）を用いて測定対象物Ｗ１の半径ｒを５点測定した。また、繰り返し精度がσ２＝１０μｍのラインセンサ３０（レニショー株式会社製のＴＤＳ）を用いて測定対象物Ｗ１の半径ｒを５００点測定した。
【0105】
次いで、既述の制御部２６（形状演算部４３）により、プローブ２９及びラインセンサ３０の両測定データに対してそれぞれ対応する繰り返し精度σ１，σ２で重み付けを行った後、最小二乗法によるフィッティングを行って測定対象物Ｗ１の半径ｒの分布（半径ｒ＝１．０ｍｍからのずれ量δｒ）を演算した（前述の［数５］式から［数１０］式参照）。そして、プローブ２９及びラインセンサ３０による測定と、形状演算部４３による演算とを１０００回繰り返し行った。
【0106】
図１３は、実施例１の測定結果（半径ｒ＝１．０ｍｍからのずれ量δｒの分布）を示したグラフである。図１３において、「改善５０５＿Ｐｏｉｎｔ」は、本実施形態の形状演算部４３により演算された測定対象物Ｗ１の半径ｒの分布（半径ｒ＝１．０ｍｍからのずれ量δｒ）を示す。また、「従来５０５＿Ｐｏｉｎｔ」は、繰り返し精度σ１，σ２による重み付けを行わずに最小二乗法によるフィッティングを行って演算した測定対象物Ｗ１の半径ｒの分布である。
【0107】
さらに、「ＳＩ１＿５Ｐｏｉｎｔ」は、プローブ２９により測定された５点の測定データに対して最小二乗法によるフィッティングを行って演算した測定対象物Ｗ１の半径ｒの分布である。さらにまた、「ＳＩ１０＿５００Ｐｏｉｎｔ」は、ラインセンサ３０により測定された５００点の測定データに対して最小二乗法によるフィッティングを行って演算した測定対象物Ｗ１の半径ｒの分布である。なお、図１３に示した各分布は１０００回の測定の平均値を示したものである。
【0108】
図１３に示すように、本実施形態の「改善５０５＿Ｐｏｉｎｔ」は、「δｒ＝０μｍｍ」のデータ数が最も大きくなり、比較例の「従来５０５＿Ｐｏｉｎｔ」と比較して、測定対象物Ｗ１の半径ｒの測定精度が向上していることが確認された。
【0109】
＜実施例２＞
実施例２では、測定対象物Ｗ１に対するラインセンサ３０の測定数を５点に減らして、実施例１と同様の測定を行った。
実施例２では、測定対象物Ｗ１に対するラインセンサ３０の測定数を５点に減らして、実施例１と同様の測定を行った。
【0110】
図１４は、実施例２の測定結果（半径ｒ＝１．０ｍｍからのずれ量δｒの分布）を示したグラフである。図１４において、「改善１０＿Ｐｏｉｎｔ」は、本実施形態の形状演算部４３により演算された測定対象物Ｗ１の半径ｒの分布を示す。また、「従来１０＿Ｐｏｉｎｔ」は、繰り返し精度σ１，σ２による重み付けを行わずに最小二乗法によるフィッティングを行って演算した測定対象物Ｗ１の半径ｒの分布である。さらに、「ＳＩ１＿５Ｐｏｉｎｔ」は実施例１と同じであり、「ＳＩ１０＿５Ｐｏｉｎｔ」はラインセンサ３０により測定された５点の測定データに対して最小二乗法によるフィッティングを行って演算した測定対象物Ｗ１の半径ｒの分布である。
【0111】
図１４に示すように、比較例の「従来１０＿Ｐｏｉｎｔ」では、ラインセンサ３０の測定データの影響を受けて、測定対象物Ｗ１の半径ｒの分布（半径ｒ＝１．０ｍｍからのずれ量δｒ）のバラツキ幅が大きくなることが確認された。これに対して、本実施形態の「改善１０＿Ｐｏｉｎｔ」は、繰り返し精度σ１，σ２による重み付けを行うことで、ラインセンサ３０の測定データの影響が抑えられ、比較例よりも測定対象物Ｗ１の半径ｒの分布のバラツキ幅が小さくなることが確認された。また、本実施形態の「改善１０＿Ｐｏｉｎｔ」は、比較例よりも「δｒ＝０μｍｍ」のデータ数が最も大きくなることが確認された。その結果、本実施形態では、比較例と比較して、測定対象物Ｗ１の半径ｒの測定精度が向上していることが確認された。
【0112】
＜実施例３＞
図１５は、実施例３で用いられる測定対象物Ｗ２の概略図である。実施例３では三次元測定装置１０を用いて、半径ｒが１．０ｍｍの球体である測定対象物Ｗ２の中心座標（０，０，０）を基準としたＸ軸方向の半径ｒを、プローブ２９及びラインセンサ３０を用いてそれぞれ実施例１と同じ条件で測定した。
図１５は、実施例３で用いられる測定対象物Ｗ２の概略図である。実施例３では三次元測定装置１０を用いて、半径ｒが１．０ｍｍの球体である測定対象物Ｗ２の中心座標（０，０，０）を基準としたＸ軸方向の半径ｒを、プローブ２９及びラインセンサ３０を用いてそれぞれ実施例１と同じ条件で測定した。
【0113】
図１６は、実施例３の測定結果（半径ｒ＝１．０ｍｍからのずれ量δｒの分布）を示したグラフである。図１６に示すように、本実施形態の「改善５０５＿Ｐｏｉｎｔ」は、「δｒ＝０μｍｍ」のデータ数が最も大きくなり、比較例の「従来５０５＿Ｐｏｉｎｔ」などと比較して、測定対象物Ｗ２の半径ｒ（Ｘ軸方向の半径ｒ：Ｘ座標）の測定精度が向上していることが確認された。
【0114】
以上のように、プローブ２９及びラインセンサ３０の両測定データに基づき測定対象物Ｗ１，Ｗ２の各種形状（半径ｒ）等を演算する際に、両測定データに対してそれぞれ対応する繰り返し精度σ１，σ２で重み付けを行うことにより、形状の測定精度が向上することが確認された。
【0115】
［その他］
図１７は、他実施形態の制御部２６の電気的構成を示すブロック図である。上記実施形態では、プローブ２９及びラインセンサ３０の各々のＸＹＺ軸方向（複数軸方向）の繰り返し精度が全て同じであるものとして説明を行っている。これに対して、ＸＹＺ軸方向の全ての繰り返し精度が同一でないプローブ２９及びラインセンサ３０等の測定センサ１１（本発明の第３測定センサに相当）を用いて測定を行う場合にも本発明を適用可能である。
図１７は、他実施形態の制御部２６の電気的構成を示すブロック図である。上記実施形態では、プローブ２９及びラインセンサ３０の各々のＸＹＺ軸方向（複数軸方向）の繰り返し精度が全て同じであるものとして説明を行っている。これに対して、ＸＹＺ軸方向の全ての繰り返し精度が同一でないプローブ２９及びラインセンサ３０等の測定センサ１１（本発明の第３測定センサに相当）を用いて測定を行う場合にも本発明を適用可能である。
【0116】
具体的には図１７に示すように、形状演算部４３は、上述の測定センサ１１（第３測定センサ）により得られた測定データに対して繰り返し精度に基づく重み付けを行う場合、この測定データのＸＹＺ軸方向の各成分に対して、ＸＹＺ軸方向ごとの繰り返し精度に対応した重み付けを行う。この場合、記憶部４２内の繰り返し精度情報４６Ａには、測定センサ１１（第３測定センサ）のＸＹＺ軸方向ごとの繰り返し精度が記憶されている。
【0117】
例えば、図中の「プローブＡ」は、ＸＹ軸方向の繰り返し精度とＺ軸方向の繰り返し精度とが異なるため、ＸＹ軸方向の繰り返し精度（σＡ１）とＺ軸方向の繰り返し精度（σＡ２）とがそれぞれ繰り返し精度情報４６Ａに記憶されている。このため、形状演算部４３は、「プローブＡ」により測定された測定データに対して重み付けを行う場合、測定データのＸＹ軸方向成分（Ｘ座標、Ｙ座標）に対して繰り返し精度σＡ１に基づく重み付けを行い、測定データのＺ軸方向成分（Ｚ座標）に対して繰り返し精度σＡ２に基づく重み付けを行う。なお、「プローブＡ」のＸＹＺ軸方向の各方向の繰り返し精度が互いに異なる場合、測定データのＸＹＺ軸方向の各成分に対してそれぞれ異なる繰り返し精度に基づく重み付けを行う。
【0118】
また、図中の「顕微鏡Ｂ」はＸＹ軸方向のみで測定可能な測定センサ１１であるため、ＸＹ軸方向の繰り返し精度（σＢ１）のみが繰り返し精度情報４６Ａに記憶され、Ｚ軸方向の繰り返し精度は繰り返し精度情報４６Ａに記憶されていない。このため、形状演算部４３は、「顕微鏡Ｂ」により測定された測定データに対して重み付けを行う場合、測定データのＸＹ軸方向成分（Ｘ座標、Ｙ座標）に対して繰り返し精度σＢ１に基づく重み付けを行うと共に、Ｚ軸方向成分の重みはゼロにする。
【0119】
このように、測定センサ１１（第３測定センサ）により得られた測定データに対して繰り返し精度に基づく重み付けを行う場合、この測定データのＸＹＺ軸方向の各成分に対して、ＸＹＺ軸方向ごとの繰り返し精度に対応した重み付けを行うことで、測定対象物Ｗの形状の測定精度をより向上させることができる。
【0120】
図１８は、ラインセンサ３０以外の非接触式の測定センサ１１の一例を説明するための説明図である。上記実施形態では、非接触式の測定センサ１１としてラインセンサ３０（レーザプローブ、レーザ変位計）を例に挙げて説明したが、例えば図１８に示すようにラインセンサ３０の代わりに画像プローブ５６を用いた場合にも本発明を適用することができる。この場合、制御部２６には、画像プローブ５６により得られた測定対象物Ｗの撮影画像を解析して、測定対象物Ｗの各種形状を測定する画像処理部が設けられている。なお、画像プローブ５６を用いた測定対象物Ｗの形状測定については公知技術であるので、詳細な説明は省略する。
【0121】
なお、非接触式の測定センサ１１は、前述のラインセンサ３０及び画像プローブ５６に限定されるものではなく、公知の各種の非接触式の測定センサ１１を使用可能である。また、接触式の測定センサ１１もプローブ２９に限定されるものではなく、公知の各種の接触式の測定センサ１１を使用可能である。
【0122】
上記実施形態では、形状演算部４３が制御部２６内の記憶部４２に記憶されている繰り返し精度情報４６，４６Ａに基づき測定データの重み付けを行っているが、繰り返し精度情報４６，４６Ａが外部の記憶部に記憶されていてもよい。すなわち、形状演算部４３が、例えばインターネット等の各種通信ネットワークを介して外部の記憶部（データベース等）にアクセスして、この記憶部に記憶されている繰り返し精度情報４６，４６Ａに基づき測定データの重み付けを行ってもよい。
【0123】
上記実施形態では、交換マガジン２７を用いて測定ヘッド２４の測定センサ１１の交換を自動で行っているが、測定センサ１１の自動交換方法は特に限定されるものではない。また、測定センサ１１の自動交換を行う代わりに、例えばオペレータが測定センサ１１の交換を直接行ってもよい。
【0124】
なお、測定ヘッド２４の測定センサ１１を交換する代わりに、複数種類の測定センサ１１を同時に着脱自在に保持可能な測定ヘッドを用いて、測定センサ１１毎の測定対象物Ｗの測定を順次或いは同時に行ってもよい。
【0125】
上記実施形態では、プローブ２９及びラインセンサ３０の計２種類の測定センサ１１を用いて測定対象物Ｗの測定を行っているが、３種類以上の測定センサ１１を用いて測定対象物Ｗの測定を行ってもよい。また、接触式の測定センサ１１（プローブ２９等）と非接触式の測定センサ１１（ラインセンサ３０）とを用いて測定を行う代わりに、同種類の測定センサ１１のみを用いて測定対象物Ｗの測定を行ってもよい。すなわち、繰り返し精度が異なる複数種類の接触式の測定センサ１１のみを用いて測定対象物Ｗの測定を行った場合、或いは繰り返し精度が異なる複数種類の非接触式の測定センサ１１のみを用いて測定対象物Ｗの測定を行った場合にも本発明を適用可能である。
【0126】
上記実施形態では、プローブ２９及びラインセンサ３０の測定データに対して、それぞれ対応するプローブ２９及びラインセンサ３０の繰り返し精度σ１，σ２の逆数を二乗した重み係数で重み付けを行っているが、繰り返し精度σ１，σ２にそれぞれ対応する重み係数であれば重み係数は適宜変更してもよい。また、上記実施形態では、重み付けされた各測定データに基づき最小二乗法によるフィッティングを行って測定対象物Ｗの形状を演算しているが、最小二乗法以外の形状演算方法を用いてもよい。
【0127】
上記実施形態では、本発明の形状測定装置として三次元測定装置１０を例に挙げて説明したが、三次元測定装置１０以外の測定対象物Ｗの形状を測定する各種形状測定装置において繰り返し精度の異なる複数種類の測定センサ１１を用いて測定を行う場合に本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【0128】
１０…三次元測定装置，１１…測定センサ，２４…測定ヘッド，２６…制御部，２９…プローブ，３０…ラインセンサ，４１…測定データ取得部，４２…記憶部，４３…形状演算部，４６，４６Ａ…繰り返し精度情報，５６…画像プローブ
【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】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】