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(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】2023-05-01
(45)【発行日】2023-05-12
(54)【発明の名称】表面性状測定装置の制御方法
(51)【国際特許分類】
G01B 21/20 20060101AFI20230502BHJP
G01B 5/20 20060101ALI20230502BHJP
G01B 5/28 20060101ALI20230502BHJP
G01B 11/24 20060101ALI20230502BHJP
G01B 11/30 20060101ALI20230502BHJP
G01B 21/30 20060101ALI20230502BHJP
【ＦＩ】
G01B21/20 C
G01B5/20 C
G01B5/28
G01B11/24 A
G01B11/30 102Z
G01B21/30 102
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2017170153
(22)【出願日】2017-09-05
(65)【公開番号】P2019045372
(43)【公開日】2019-03-22
【審査請求日】2020-08-04
【審判番号】
【審判請求日】2022-05-28
(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
(72)【発明者】
【氏名】平野 宏太郎
【合議体】
【審判長】岡田 吉美
【審判官】中塚 直樹
【審判官】濱野 隆
(56)【参考文献】
【文献】特開２００５－２０１８６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－２１０２３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
G01B 21/20
G01B 11/24
G01B 11/30
G01B 21/30
G01B 5/20
G01B 5/28
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
接触式あるいは非接触式のプローブで測定対象物表面を走査して測定対象物表面の形状を測定する表面性状測定装置の制御方法であって、当該表面性状測定装置は、
予め設定された予備測定経路に沿って前記プローブで前記測定対象物表面を走査していき、
前記プローブが前記測定対象物表面を検出できないことを起因とする検出エラーが発せられた場合、前記検出エラーが発生する直前の測定値を仮エッジ点として仮登録し、
引き続き前記予備測定経路に沿って所定距離走査する間、前記検出エラーが継続したとき、前記仮登録した仮エッジ点をエッジ点とし、
前記プローブが前記測定対象物表面を検出できないことを起因とする検出エラーは、前記測定対象物表面が前記プローブの測定レンジから外れてオーバーレンジになったことを起因とする検出エラーである
ことを特徴とする表面性状測定装置の制御方法。
【請求項2】
請求項1に記載の表面性状測定装置の制御方法において、前記予備測定経路は、マシン座標系において、仮想的にセットされた仮想の測定対象物に対し、仮想測定対象面から仮想エッジを越えて、そのまま直進するように設定されている
ことを特徴とする表面性状測定装置の制御方法。
【請求項3】
接触式あるいは非接触式のプローブで測定対象物表面を走査して測定対象物表面の形状を測定する表面性状測定装置の制御方法であって、予備測定経路を測定対象物の外側から測定対象物に向かうように予め設定しておき、
当該表面性状測定装置は、前記予備測定経路に沿って前記プローブを移動させ、前記測定対象物の外側で前記予備測定経路に沿ってプローブが走査しているときには、前記プローブが前記測定対象物表面を検出できないことを起因とする検出エラーとなり、前記プローブが前記測定対象物のエッジに到達したときに測定値を取得し、前記検出エラーで測定点が取得できない状態から測定値が得られるように変化した点をエッジ点とし、
前記プローブが前記測定対象物表面を検出できないことを起因とする検出エラーは、前記測定対象物表面が前記プローブの測定レンジから外れてオーバーレンジの状態にあることを起因とする検出エラーである
ことを特徴とする表面性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表面性状測定装置の制御方法において、前記プローブは、クロマチックポイントセンサである
ことを特徴とする表面性状測定装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は表面性状測定装置の制御方法に関する。例えば測定対象物表面を走査することでワーク（測定対象物）の形状、表面粗さなどを測定する表面性状測定装置の制御方法に関する。より具体的には、表面性状測定装置によるエッジ検出機能に関し、さらに、エッジ検出機能に基づくワーク同定機能（ワーク座標系設定機能）に関する。
【背景技術】
【0002】
ワークを検出するセンサとして、例えば、接触式のプローブがある。これらセンサは、ワークの法線方向に沿って測定対象物表面にアプローチし、法線上におけるワーク表面の位置（座標）を検出する。
これら、ワークを"点"で検出するセンサ（プローブ）を本明細書ではポイントセンサと称することにする。ポイントセンサでワーク表面を走査すれば、走査線上におけるワーク表面の形状、粗さ、うねりなどが詳細にわかる。
これら、ワークを"点"で検出するセンサ（プローブ）を本明細書ではポイントセンサと称することにする。ポイントセンサでワーク表面を走査すれば、走査線上におけるワーク表面の形状、粗さ、うねりなどが詳細にわかる。
【0003】
形状測定装置でワークを測定するにあたっては、センサを測定開始点にセッティングしなければならない。オペレータが目視と手動でセンサを測定開始位置にセッティングをすることもあるが、オペレータごと、測定回ごと、に測定開始位置がばらつくと問題である。そこで、測定開始点への位置合わせ方法としていくつかの方法が採用されている。
【0004】
１つの方法は、形状測定装置に画像センサを併設しておくことである。
この場合、画像センサでワーク全体を画像測定してワーク画像を予備的に取得しておく。画像認識技術によってワーク形状を認識し、ワーク座標系を自動設定する。さらに、ワーク画像の中で測定開始点を自動認識し、測定開始点にポイントセンサを移動させて測定を開始する。これで、オペレータが意図した通りの測定が実行され、所望の測定結果が得られる。
ただし、画像センサや画像認識機能を形状測定装置に搭載するとなると、多大なコストを要するという問題がある。
この場合、画像センサでワーク全体を画像測定してワーク画像を予備的に取得しておく。画像認識技術によってワーク形状を認識し、ワーク座標系を自動設定する。さらに、ワーク画像の中で測定開始点を自動認識し、測定開始点にポイントセンサを移動させて測定を開始する。これで、オペレータが意図した通りの測定が実行され、所望の測定結果が得られる。
ただし、画像センサや画像認識機能を形状測定装置に搭載するとなると、多大なコストを要するという問題がある。
【0005】
二つ目の方法は、形状測定装置がポイントセンサによってワークを予備的に測定し、ワーク座標系を自動設定する方法である（例えば、特許文献１、２）。
例えば、図１において、ワークＷの表面性状（表面の粗さやうねり）を倣い測定で測定したいとする。倣い測定で走査すべき測定ラインＭＬは測定パートプログラムに予め組み込まれて設定されているとする。この場合、測定パートプログラム上では、例えばワークの設計ＣＡＤデータを基にして、ワーク座標系が規定され、このワーク座標系上で測定ラインＭＬが指定される。図１において、手前の第１エッジＥｄ１をワーク座標系のＸｗ軸とし、第１エッジＥｄ１（Ｘｗ軸）に交差する第２エッジＥｄ２をＹｗ軸とする。Ｘｗ軸とＹｗ軸との交点をワーク座標系の原点Ｏｗとする。測定開始点、測定ラインＭＬ（あるいはポイントセンサの進行方向）、測定終了点などは、このワーク座標系上で設定されている。（図１中では表現の都合上、エッジと座標軸とを少しずらして描いている。）
例えば、図１において、ワークＷの表面性状（表面の粗さやうねり）を倣い測定で測定したいとする。倣い測定で走査すべき測定ラインＭＬは測定パートプログラムに予め組み込まれて設定されているとする。この場合、測定パートプログラム上では、例えばワークの設計ＣＡＤデータを基にして、ワーク座標系が規定され、このワーク座標系上で測定ラインＭＬが指定される。図１において、手前の第１エッジＥｄ１をワーク座標系のＸｗ軸とし、第１エッジＥｄ１（Ｘｗ軸）に交差する第２エッジＥｄ２をＹｗ軸とする。Ｘｗ軸とＹｗ軸との交点をワーク座標系の原点Ｏｗとする。測定開始点、測定ラインＭＬ（あるいはポイントセンサの進行方向）、測定終了点などは、このワーク座標系上で設定されている。（図１中では表現の都合上、エッジと座標軸とを少しずらして描いている。）
【0006】
実際の測定作業にあたって、ワークＷを形状測定装置にセットするたびにオペレータが目視と手動でワーク座標系を設定することもできるが、形状測定装置がワークのエッジを自動認識してワーク座標系を自動設定する。例えば、特許文献１、２では、エッジ部分を予備的に検出するため、図２に例示するようにエッジに対して交差する方向にポイントセンサを何度か走査する。
【0007】
図２の例では、手前側の第１エッジＥｄ１に交差する向きに４回（ＰＬ１１～ＰＬ１４）、さらに、第２エッジに交差する向きに４回（ＰＬ１５～ＰＬ１８）、ポイントセンサを走査する。予備測定ラインＰＬ１１－ＰＬ１４を走査するとき、急激に測定値が変化する点がある。これら変化点をＣＰ１１～ＣＰ１４とすると、変化点ＣＰ１１から変化点ＣＰ１４を結ぶ線によって一本の直線ＳＬ１が規定される。
同じように、予備測定ラインＰＬ１５－ＰＬ１８を走査するとき、急激に測定値が変化する点がある。これら変化点をＣＰ１５～ＣＰ１８とすると、変化点ＣＰ１５から変化点ＣＰ１８を結ぶ線によって一本の直線ＳＬ２が規定される。
同じように、予備測定ラインＰＬ１５－ＰＬ１８を走査するとき、急激に測定値が変化する点がある。これら変化点をＣＰ１５～ＣＰ１８とすると、変化点ＣＰ１５から変化点ＣＰ１８を結ぶ線によって一本の直線ＳＬ２が規定される。
【0008】
直線ＳＬ１と直線ＳＬ２との交点を算出すると、ワーク座標系の原点Ｏｗが求まる。そして、直線ＳＬ１がワーク座標系のＸｗ軸となり、直線ＳＬ２がワーク座標系のＹｗ軸となる。Ｘｗ軸とＹｗ軸とに直交する方向がＺｗ軸である。（図２中では表現の都合上、エッジと座標軸とを少しずらして描いている。）
【0009】
このようにして形状測定装置が自動的にワークを予備測定してワーク座標系を設定することにより、測定パートプログラムで指定した測定箇所（例えば測定ラインＭＬ）を測定することができるようになっている。
【0010】
なお、特許文献１、２のようなプローブでもエッジを検出するのは簡単ではない。"検出値"（測定値）に対して複数のステップからなる形状解析を行うことでエッジ等の特徴的部位を検出できる（特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【文献】特許４０４１３７２号
【文献】特許４３５９４８５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
ポイントセンサとして、例えば、クロマチックポイントセンサ（ＣＰＳ）がある。（クロマチックポイントセンサは共焦点（コンフォーカル）顕微鏡と言われることもある。）
ＣＰＳは、測定光の焦点合わせを利用するので光の波長オーダーの極めて高い分解能を有している。また、非接触式センサであるから測定圧はゼロなのであり、測定対象物の剛性は全く問わない。
ＣＰＳは、測定光の焦点合わせを利用するので光の波長オーダーの極めて高い分解能を有している。また、非接触式センサであるから測定圧はゼロなのであり、測定対象物の剛性は全く問わない。
【0013】
ＣＰＳは多くの利点を有する優れたポイントセンサではあるが、測定軸が一軸のみであり、また、測定レンジが極めて短いという問題がある。例えば、ＣＰＳでエッジ検出をしようとすると、エッジを超えた瞬間にオーバーレンジしてしまって検出エラーになってしまう。そのため、ＣＰＳを搭載した形状測定装置ではワークのエッジを自動検出することができず、単純にはワーク座標系の自動設定ができないということになる。オペレータとしては、例えば、治具を使ってワークを毎回同じ位置にセットするか、あるいは、目視と手動でワーク座標系を設定するか、のどちらかしか方策がなかった。
しかし、非常に手間が掛かる上に、測定結果がばらついてしまうという問題が生じる。
しかし、非常に手間が掛かる上に、測定結果がばらついてしまうという問題が生じる。
【0014】
ＣＰＳに限らず、接触式でも非接触式でも、測定軸が一軸のみで、測定レンジが極短いプローブの場合、エッジ検出ができないという問題が共通する。
あるいは、仮に測定レンジが十分に長いとしても、非接触式センサの場合、光学式、静電容量式、磁気式など種々の検出方式がある。各検出方式にはそれぞれ特長があり、検出できない材質や表面性状があるため、ワークのエッジ部分そのものを検出できず、エラーになってしまうこともある。
あるいは、仮に測定レンジが十分に長いとしても、非接触式センサの場合、光学式、静電容量式、磁気式など種々の検出方式がある。各検出方式にはそれぞれ特長があり、検出できない材質や表面性状があるため、ワークのエッジ部分そのものを検出できず、エラーになってしまうこともある。
【0015】
本発明の目的は、エッジ部分の検出ができないようなプローブを搭載した表面性状測定装置であっても自動でエッジ検出を行ってワーク座標系を自動設定できる表面性状測定装置の制御方法を提供することにある。
これにより、座標系設定時のオペレータごとのばらつきを低減するとともに、座標系設定の作業性改善を図る。
これにより、座標系設定時のオペレータごとのばらつきを低減するとともに、座標系設定の作業性改善を図る。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明の表面性状測定装置の制御方法は、
接触式あるいは非接触式のプローブで測定対象物表面を走査して測定対象物表面の形状を測定する表面性状測定装置の制御方法であって、
予め設定された予備測定経路に沿って前記プローブで前記測定対象物表面を走査していき、
前記プローブの検出エラーが発せられた場合、前記検出エラーが発生する直前の測定値を仮エッジ点として仮登録し、
引き続き前記予備測定経路に沿って所定距離走査する間、前記検出エラーが継続したとき、前記仮登録した仮エッジ点をエッジ点とする
ことを特徴とする。
接触式あるいは非接触式のプローブで測定対象物表面を走査して測定対象物表面の形状を測定する表面性状測定装置の制御方法であって、
予め設定された予備測定経路に沿って前記プローブで前記測定対象物表面を走査していき、
前記プローブの検出エラーが発せられた場合、前記検出エラーが発生する直前の測定値を仮エッジ点として仮登録し、
引き続き前記予備測定経路に沿って所定距離走査する間、前記検出エラーが継続したとき、前記仮登録した仮エッジ点をエッジ点とする
ことを特徴とする。
【0017】
本発明の一実施形態では、
前記予備測定経路は、マシン座標系において、仮想的にセットされた仮想の測定対象物に対し、仮想測定対象面から仮想エッジを越えて、そのまま直進するように設定されている
ことが好ましい。
前記予備測定経路は、マシン座標系において、仮想的にセットされた仮想の測定対象物に対し、仮想測定対象面から仮想エッジを越えて、そのまま直進するように設定されている
ことが好ましい。
【0018】
本発明の表面性状測定装置の制御方法は、
接触式あるいは非接触式のプローブで測定対象物表面を走査して測定対象物表面の形状を測定する表面性状測定装置の制御方法であって、
予備測定経路を測定対象物の外側から測定対象物に向かうように予め設定しておき、
前記測定対象物の外側で前記予備測定経路に沿ってプローブが走査しているときには検出エラーとなり、
前記プローブが前記測定対象物のエッジに到達したときに測定値を取得し、
前記検出エラーで測定点が取得できない状態から測定値が得られるように変化した点をエッジ点とする
ことを特徴とする。
接触式あるいは非接触式のプローブで測定対象物表面を走査して測定対象物表面の形状を測定する表面性状測定装置の制御方法であって、
予備測定経路を測定対象物の外側から測定対象物に向かうように予め設定しておき、
前記測定対象物の外側で前記予備測定経路に沿ってプローブが走査しているときには検出エラーとなり、
前記プローブが前記測定対象物のエッジに到達したときに測定値を取得し、
前記検出エラーで測定点が取得できない状態から測定値が得られるように変化した点をエッジ点とする
ことを特徴とする。
【0019】
本発明の一実施形態では、
前記プローブは、クロマチックポイントセンサである
ことが好ましい。
前記プローブは、クロマチックポイントセンサである
ことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】測定対象物を倣い測定する様子を模式的に示す図である。
【図2】測定対象物を予備測定する様子を模式的に示す図である。
【図3】表面性状測定装置を示す図である。
【図4】クロマチックポイントセンサで測定対象物表面を走査する様子を模式的に示す図である。
【図5】クロマチックポイントセンサで測定対象物表面を走査する様子を模式的に示す図である。
【図6】ホストコンピュータの機能ブロック図である。
【図7】原点設定方法を説明するためのフローチャートである。
【図8】予備測定経路の設定を説明するための図である。
【図9】予備測定経路の設定を説明するための図である。
【図10】予備測定経路の設定を説明するための図である。
【図11】測定対象物を移動テーブルにセットした状態を例示する図である。
【図12】原点設定方法を説明するためのフローチャートである。
【図13】原点設定方法を説明するためのフローチャートである。
【図14】予備測定の動作を説明するための模式図である。
【図15】原点設定方法を説明するためのフローチャートである。
【図16】孔がある測定対象物を例示する図である。
【図17】変形例について説明するための図である。
【図18】変形例を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0021】
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）
図３は、第１実施形態に係る表面性状測定装置１００を示す図である。
表面性状測定装置１００は、三次元測定機２００と、三次元測定機２００を駆動制御すると共に必要なデータ処理を実行する制御コンピュータユニット３００と、を具備する。
（第１実施形態）
図３は、第１実施形態に係る表面性状測定装置１００を示す図である。
表面性状測定装置１００は、三次元測定機２００と、三次元測定機２００を駆動制御すると共に必要なデータ処理を実行する制御コンピュータユニット３００と、を具備する。
【0022】
三次元測定機２００は、概略、次のように構成されている。
架台２１０上に測定対象物であるワークＷを載置する移動テーブル２２０が装着されている。
移動テーブル２２０は、図示しないＹ軸駆動機構によってＹ軸方向に駆動される。架台２１０の後端部には上方に延びるフレーム２３０が固定されている。フレーム２３０の上部から前面に張り出したカバー２４０の内部には図示しないＸ軸駆動機構およびＺ軸駆動機構が配設されている。
これらＸ軸駆動機構およびＺ軸駆動機構によってクロマチックポイントセンサ（ＣＰＳ）２６０が支持されている。
Ｚ軸駆動機構は、Ｚ軸コラムと、Ｚ軸コラム内に昇降自在に設けられたＺスピンドル２５０と、を有する。ＣＰＳ２６０は、移動テーブル２２０を上部から臨むように、Ｚスピンドル２５０の下端に設けられている。
架台２１０上に測定対象物であるワークＷを載置する移動テーブル２２０が装着されている。
移動テーブル２２０は、図示しないＹ軸駆動機構によってＹ軸方向に駆動される。架台２１０の後端部には上方に延びるフレーム２３０が固定されている。フレーム２３０の上部から前面に張り出したカバー２４０の内部には図示しないＸ軸駆動機構およびＺ軸駆動機構が配設されている。
これらＸ軸駆動機構およびＺ軸駆動機構によってクロマチックポイントセンサ（ＣＰＳ）２６０が支持されている。
Ｚ軸駆動機構は、Ｚ軸コラムと、Ｚ軸コラム内に昇降自在に設けられたＺスピンドル２５０と、を有する。ＣＰＳ２６０は、移動テーブル２２０を上部から臨むように、Ｚスピンドル２５０の下端に設けられている。
【0023】
測定対象物としてのワークＷは、移動テーブル２２０の上に載置される。
【0024】
フレーム２３０に内蔵されたＸ軸駆動機構およびＺ軸駆動機構と、移動テーブル２２０のＹ軸駆動機構と、によって移動機構が構成されている。移動機構の構成としては、ＣＰＳ２６０とワークＷとを三次元的に相対移動させることができればよく、上記構成に限られない。例えば、テーブルの方を固定しておいてＣＰＳ２６０を三次元移動可能に支持してもよいし、その逆でもよい。
【0025】
ＣＰＳ２６０は、白色光（測定光）を測定対象物に照射し、その反射光の軸上色収差を利用して高精度、高速度にフォーカス合わせをするセンサである。ＣＰＳの場合、光軸上に検出対象物がないと検出できないのであるから、光軸が測定軸線（検出軸線）ということになる。ＣＰＳ２６０のトラッキングレンジは、長いもので６ｍｍ（±３ｍｍ）程度、短いものでは０．２５ｍｍ（±０．１２５ｍｍ）程度である。
【0026】
例えば図４に例示するようにＣＰＳ２６０でワーク表面を走査する。このとき、フォーカスが合うように移動機構（Ｚ軸駆動機構）でＣＰＳ２６０の高さを調整する。このときのＣＰＳ２６０の高さ位置の変化がワークＷの表面形状に相当することになる（図５参照）。
【0027】
制御コンピュータユニット３００は、ホストコンピュータ４００と、入出力手段と、を有する。入出力手段としては、ディスプレイ３１１と、キーボード３１２と、マウス３１３と、プリンタ３１４と、が設けられている。なお、ディスプレイ３１１は、タッチパネルであってもよい。
【0028】
図６は、ホストコンピュータ４００の機能ブロック図である。
ホストコンピュータ４００は、ＣＰＵとメモリとを有するいわゆるコンピュータである。
ホストコンピュータ４００は、制御プログラムとしての測定パートプログラム４１０の指示に従って三次元測定機２００を駆動制御する。測定パートプログラム４１０には、例えば測定対象物の設計ＣＡＤデータに基づいて、ワークのどこをどの順番で走査して測定するかが測定プログラムとして設定されている。このときはワークが位置指定の基準になるから、測定プログラムはワーク座標系で指定されている。また、ワーク座標系を自動設定するための予備測定プログラム４１１も設定されているが、この点はフローチャートを参照しながら後述する。
ホストコンピュータ４００は、ＣＰＵとメモリとを有するいわゆるコンピュータである。
ホストコンピュータ４００は、制御プログラムとしての測定パートプログラム４１０の指示に従って三次元測定機２００を駆動制御する。測定パートプログラム４１０には、例えば測定対象物の設計ＣＡＤデータに基づいて、ワークのどこをどの順番で走査して測定するかが測定プログラムとして設定されている。このときはワークが位置指定の基準になるから、測定プログラムはワーク座標系で指定されている。また、ワーク座標系を自動設定するための予備測定プログラム４１１も設定されているが、この点はフローチャートを参照しながら後述する。
【0029】
ホストコンピュータ４００は、さらに、駆動制御部４２０と、形状解析部４３０と、を有する。
駆動制御部４２０は、三次元測定機２００の移動機構を駆動制御する移動機構制御部４２１と、ＣＰＳ２６０の合焦判定を行う合焦判定部４２２と、を備える。移動機構制御部４２１は、測定パートプログラム４１０に予め設定された移動指令に従って移動機構に移動指令を与える。
駆動制御部４２０は、三次元測定機２００の移動機構を駆動制御する移動機構制御部４２１と、ＣＰＳ２６０の合焦判定を行う合焦判定部４２２と、を備える。移動機構制御部４２１は、測定パートプログラム４１０に予め設定された移動指令に従って移動機構に移動指令を与える。
【0030】
さらに、移動機構制御部４２１は、合焦判定部４２２の合焦判定に応じて移動機構（特にＺ軸駆動機構）を微調整し、ＣＰＳ２６０とワーク表面との距離が焦点距離になるようにする。合焦判定部４２２は、合焦判定に必要な演算処理部（例えばＳ字信号（フォーカス信号）算出部）や合焦判定閾値を有する。さらに、合焦判定部４２２には、焦点合わせに必要な光量が得られているか否かを判定するための光量閾値が設定されている。合焦判定部４２２は、測定光が光量閾値に達しない場合には、"検出エラー"と判断する。
【0031】
形状解析部４３０は、三次元測定機２００で取得された測定データを処理してワークＷの形状解析等の処理を実行する。
【0032】
（動作説明）
図７、図１２、図１３、図１５のフローチャートを参照しながら、原点設定方法を説明する。
自動原点設定は、予備測定プログラム４１１の実行によってなされる。
予備測定プログラム４１１によって図１２、図１３、図１５のフローチャートのステップが実行されるのであるが、その前に、オペレータは測定パートプログラム４１０に予め予備測定経路を設定しておく（図７のＳＴ１１０）。
図７、図１２、図１３、図１５のフローチャートを参照しながら、原点設定方法を説明する。
自動原点設定は、予備測定プログラム４１１の実行によってなされる。
予備測定プログラム４１１によって図１２、図１３、図１５のフローチャートのステップが実行されるのであるが、その前に、オペレータは測定パートプログラム４１０に予め予備測定経路を設定しておく（図７のＳＴ１１０）。
【0033】
例えば、図８中の破線で例示するような平板状のワークＷを想定してみる。
ワークＷの設計ＣＡＤデータを基にして、ワークＷを移動テーブル２２０のほぼ中央に載置したと仮定したときに測定対象面Ｓｗが移動テーブル２２０上のどの位置にくるかはおおよそ決まる。ワークＷを仮想的に移動テーブル２２０上に載置したときのワークＷを"仮想測定対象物ＩＷ"とし、"仮想測定対象物"の測定対象面Ｓｗを"仮想測定対象面ＩＳｗ"と称することにする。仮想測定対象面のエッジを"仮想エッジＩＥｄ"と称することにする。
ワークＷの設計ＣＡＤデータを基にして、ワークＷを移動テーブル２２０のほぼ中央に載置したと仮定したときに測定対象面Ｓｗが移動テーブル２２０上のどの位置にくるかはおおよそ決まる。ワークＷを仮想的に移動テーブル２２０上に載置したときのワークＷを"仮想測定対象物ＩＷ"とし、"仮想測定対象物"の測定対象面Ｓｗを"仮想測定対象面ＩＳｗ"と称することにする。仮想測定対象面のエッジを"仮想エッジＩＥｄ"と称することにする。
【0034】
オペレータは、マシン座標系において、仮想測定対象物ＩＷの仮想エッジＩＥｄを跨ぐように複数本の予備測定経路ＰＬを設定する。
ここでは、手前側の第１仮想エッジＩＥｄ１を跨ぐ方向に４本の予備測定経路ＰＬを設定し、さらに、第１仮想エッジＩＥｄ１に交差する第２仮想エッジＩＥｄ２を跨ぐ方向に３本の予備測定経路ＰＬを設定するとする。
ここでは、手前側の第１仮想エッジＩＥｄ１を跨ぐ方向に４本の予備測定経路ＰＬを設定し、さらに、第１仮想エッジＩＥｄ１に交差する第２仮想エッジＩＥｄ２を跨ぐ方向に３本の予備測定経路ＰＬを設定するとする。
【0035】
予備測定経路ＰＬの設定にあたっては、仮想測定対象面ＩＳｗ上の点から仮想エッジＩＥｄに向かって進行する経路を設定する。そして、仮想測定対象面ＩＳｗの端にきて仮想エッジＩＥｄを越えても、図９に例示するように、そのまま直進するように予備測定経路ＰＬを設定しておけばよい。言い換えると、図１０のように仮想エッジのところで測定対象物の形状に合わせて折れ曲がるような経路を設定する必要はない。
【0036】
予備測定経路の設定ができたら（ＳＴ１１０）、図１１のように、実際にワークＷを移動テーブル２２０上にセットする（ＳＴ１２０）。
このとき、当然のことながら、実際のワークＷは"仮想測定対象物ＩＷ"の位置からわずかにずれるし、わずかに回転もしているだろうが、予備測定経路ＰＬがワークＷのエッジＥｄを横切っていれば問題はない。この状態でオペレータは自動原点設定モードを選択し、表面性状測定装置１００は予備測定プログラム４１１の実行によって自動原点設定を行う（ＳＴ２００）。
このとき、当然のことながら、実際のワークＷは"仮想測定対象物ＩＷ"の位置からわずかにずれるし、わずかに回転もしているだろうが、予備測定経路ＰＬがワークＷのエッジＥｄを横切っていれば問題はない。この状態でオペレータは自動原点設定モードを選択し、表面性状測定装置１００は予備測定プログラム４１１の実行によって自動原点設定を行う（ＳＴ２００）。
【0037】
図１２、図１３、図１５のフローチャートを参照しながら自動原点設定の動作を説明する。
まずＳＴ２１０において、予備測定経路ＰＬを読み出す。設定された予備測定経路ＰＬは複数本ある。ここでは、１つずつ順番に読み出すとする。
まずＳＴ２１０において、予備測定経路ＰＬを読み出す。設定された予備測定経路ＰＬは複数本ある。ここでは、１つずつ順番に読み出すとする。
【0038】
【0039】
表面性状測定装置１００は、ＣＰＳ２６０を予備測定経路ＰＬの開始点にアプローチし、開始点から予備測定経路ＰＬに沿った走査を開始する。
光量が十分であって検出エラーが無ければ（ＳＴ２２２：ＮＯ）、通常の測定動作と同じである。フォーカス信号に基づいてフォーカスが合うようにＣＰＳ２６０の高さ合わせをし（ＳＴ２２３）、フォーカスが合ったところで測定値（ｘｍ、ｙｍ、ｚｍ）をサンプリングする（ＳＴ２２４）。例えば、図１４において点ＰＰ１から点ＰＰ２まではワークの測定対象面Ｓｗを通常通り倣い測定していることに等しい。
光量が十分であって検出エラーが無ければ（ＳＴ２２２：ＮＯ）、通常の測定動作と同じである。フォーカス信号に基づいてフォーカスが合うようにＣＰＳ２６０の高さ合わせをし（ＳＴ２２３）、フォーカスが合ったところで測定値（ｘｍ、ｙｍ、ｚｍ）をサンプリングする（ＳＴ２２４）。例えば、図１４において点ＰＰ１から点ＰＰ２まではワークの測定対象面Ｓｗを通常通り倣い測定していることに等しい。
【0040】
ここで、エッジ位置である点ＰＰ２をＣＰＳ２６０が通過した瞬間、ＣＰＳ２６０に反射光が戻ってこなくなる。すると、光量不足のため、検出エラーが発生する（ＳＴ２２２：ＹＥＳ）。検出エラーが発生した場合には（ＳＴ２２２：ＹＥＳ）、図１５のフローチャートに移行して、直前のサンプリング値（ｘｍ、ｙｍ、ｚｍ）を仮エッジ点として登録する（ＳＴ２２５）。
【0041】
引き続き、検出エラーが発生した状態を許容しながら予備測定経路ＰＬの残りの部分を走査する（ＳＴ２２６）。
ここで、検出エラーが発生した状態のままで予備測定経路ＰＬに沿って"走査"する方法として一例を挙げておく。例えば、光量不足で検出エラーが発生している状態のときには、設定された予備測定経路上に仮想的に焦点が合うようにＣＰＳ２６０の高さ位置を合わせるとする（図１４参照）。この状態でサンプリングピッチずつ予備測定経路に沿って走査をしていく。（もちろん、合焦しないので"測定値"の取得はなく、検出エラー信号が出力されるだけである。）
ここで、検出エラーが発生した状態のままで予備測定経路ＰＬに沿って"走査"する方法として一例を挙げておく。例えば、光量不足で検出エラーが発生している状態のときには、設定された予備測定経路上に仮想的に焦点が合うようにＣＰＳ２６０の高さ位置を合わせるとする（図１４参照）。この状態でサンプリングピッチずつ予備測定経路に沿って走査をしていく。（もちろん、合焦しないので"測定値"の取得はなく、検出エラー信号が出力されるだけである。）
【0042】
予備測定経路ＰＬの残りの部分を走査しても検出エラーの発生が続き（ＳＴ２２７：ＹＥＳ）、残り経路で合焦せず測定値がサンプリングできない場合、点ＰＰ２以降ではＣＰＳ２６０がエッジを通過してしまったということである。したがって、ＳＴ２２５で仮登録していた仮エッジ点が予備測定経路ＰＬ上のエッジの座標ということになる。仮エッジ点として登録していた座標値をエッジ点とする（ＳＴ２２８）。
【0043】
これで予備測定経路ＰＬ上のエッジ点を取得できたので、ＳＴ２２１からＳＴ２２８を設定されたすべての予備測定経路ＰＬに対して行い（図１２のＳＴ２３０）、すべての予備測定経路ＰＬ上のエッジ点を取得する（図１２のＳＴ２２０）。エッジ点が取得できれば、あとは形状解析部４３０で形状解析を行う（ＳＴ２４０）。これにより、Ｘｗ軸、Ｙｗ軸およびＺｗ軸が求まり、座標軸の交点をワーク座標系の原点に設定し、ワーク座標系が設定される（ＳＴ２５０）。
【0044】
このように、本実施形態によれば、トラッキングレンジが極めて短いようなセンサプローブを使用する場合であっても自動でワーク座標系およびワーク座標系の原点設定が可能になる。
【0045】
（補足説明）
ここで、検出エラーがあった場合に（図１３のＳＴ２２２：ＹＥＳ）、その時点で"エッジ点を取得できた"ことにしてもよいかもしれないが、本実施形態では図１５のＳＴ２２５からＳＴ２２８において、検出エラーが発生している場合であっても予備測定経路の残りの部分も走査することとしている。そして、残り経路でもずっと光量不足の検出エラーが継続した場合に（ＳＴ２２７：ＹＥＳ）、仮登録していた仮エッジ点をエッジ点として本登録することとしている（ＳＴ２２８）。
ここで、検出エラーがあった場合に（図１３のＳＴ２２２：ＹＥＳ）、その時点で"エッジ点を取得できた"ことにしてもよいかもしれないが、本実施形態では図１５のＳＴ２２５からＳＴ２２８において、検出エラーが発生している場合であっても予備測定経路の残りの部分も走査することとしている。そして、残り経路でもずっと光量不足の検出エラーが継続した場合に（ＳＴ２２７：ＹＥＳ）、仮登録していた仮エッジ点をエッジ点として本登録することとしている（ＳＴ２２８）。
【0046】
これは、エッジではない穴などの縁をワークのエッジと間違えないためである。例えば、図１６のように外縁付近に孔１２が穿設されたようなワークＷも考えられる。
予備測定経路ＰＬを設定する際にこのような孔１２を避けることを考えるかもしれないが、実際にワークＷを移動テーブル２２０上にセットする（図１１）際には、実際のワークは"仮想測定対象物"の位置からわずかにずれるし、わずかに回転もしているだろうから、予備測定経路上に実際に孔１２が来てしまうことは避けられない。そこで、検出エラーがあったあとでも（ＳＴ２２２：ＹＥＳ）、検出エラーを許容しながら予備測定経路ＰＬを最後まで走査し、最後の検出エラーの直前のサンプリング値をエッジ点として取得することとした。
予備測定経路ＰＬを設定する際にこのような孔１２を避けることを考えるかもしれないが、実際にワークＷを移動テーブル２２０上にセットする（図１１）際には、実際のワークは"仮想測定対象物"の位置からわずかにずれるし、わずかに回転もしているだろうから、予備測定経路上に実際に孔１２が来てしまうことは避けられない。そこで、検出エラーがあったあとでも（ＳＴ２２２：ＹＥＳ）、検出エラーを許容しながら予備測定経路ＰＬを最後まで走査し、最後の検出エラーの直前のサンプリング値をエッジ点として取得することとした。
【0047】
（変形例１）
第１実施形態において、予備測定経路ＰＬは開始点と終点とを繋ぐ線として設定していた。
ここで、変形例１としては、予備測定経路ＰＬを、開始点ＰＰｓの座標と、方向ベクトルＶｄと、で設定するようにしてもよい（図１７）。この場合、エッジ検出用の長さ閾値Ｌｔを設定しておくとよい。すなわち、検出エラーがあったあと（図１３のＳＴ２２２：ＹＥＳ）、前記長さ閾値Ｌｔの距離だけスキャンを継続しても検出エラーが継続する場合に、仮登録した仮エッジ点をエッジ点として本登録するようにする。
第１実施形態において、予備測定経路ＰＬは開始点と終点とを繋ぐ線として設定していた。
ここで、変形例１としては、予備測定経路ＰＬを、開始点ＰＰｓの座標と、方向ベクトルＶｄと、で設定するようにしてもよい（図１７）。この場合、エッジ検出用の長さ閾値Ｌｔを設定しておくとよい。すなわち、検出エラーがあったあと（図１３のＳＴ２２２：ＹＥＳ）、前記長さ閾値Ｌｔの距離だけスキャンを継続しても検出エラーが継続する場合に、仮登録した仮エッジ点をエッジ点として本登録するようにする。
【0048】
図１８のフローチャートを参照されたい。
エッジあるいは孔の縁をＣＰＳ２６０が通過すると、光量不足で検出エラー（図１３のＳＴ２２２）となり、検出エラーをトリガーとして直前のサンプリング値を仮エッジ点として登録する（図１８のＳＴ３２５）。
引き続き、検出エラーが発生した状態を許容し、ＣＰＳ２６０を予備測定経路ＰＬの方向ベクトルＶｄに従って１サンプリングピッチ分移動させる（ＳＴ３２６）。方向ベクトルＶｄに従って所定の長さ閾値Ｌｔの距離分ＣＰＳ２６０を移動させても検出エラーが継続する場合には（ＳＴ３２７：ＹＥＳ）、仮エッジ点として登録していた座標値をエッジ点とすればよい（ＳＴ３１９）。
エッジあるいは孔の縁をＣＰＳ２６０が通過すると、光量不足で検出エラー（図１３のＳＴ２２２）となり、検出エラーをトリガーとして直前のサンプリング値を仮エッジ点として登録する（図１８のＳＴ３２５）。
引き続き、検出エラーが発生した状態を許容し、ＣＰＳ２６０を予備測定経路ＰＬの方向ベクトルＶｄに従って１サンプリングピッチ分移動させる（ＳＴ３２６）。方向ベクトルＶｄに従って所定の長さ閾値Ｌｔの距離分ＣＰＳ２６０を移動させても検出エラーが継続する場合には（ＳＴ３２７：ＹＥＳ）、仮エッジ点として登録していた座標値をエッジ点とすればよい（ＳＴ３１９）。
【0049】
一方、途中で検出エラーが消えて（ＳＴ３２７：ＮＯ）、フォーカス信号でフォーカス合わせができる場合、前回のエラーはエッジではなかった（例えば孔だった）ということであるから、フローを先頭（図１３のＳＴ２２１）に戻って繰り返す。
【0050】
なお、本発明は上記実施の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。
ポイントセンサとしては、ＣＰＳを例示したが、例えば、接触式のスタイラスであってもよい。
測定軸が一軸のみであって、かつ、トラッキングレンジが極めて短いセンサ（プローブ）（例えば±３ｍｍ程度や、あるいは、±０．３ｍｍ程度など）であれば本発明の課題を共通に有しているし、本発明により有効に課題を解決できる。
もちろん、本発明はプローブセンサを限定せず、エッジ検出がうまくできないという課題があれば、広く適用できるものである。
ポイントセンサとしては、ＣＰＳを例示したが、例えば、接触式のスタイラスであってもよい。
測定軸が一軸のみであって、かつ、トラッキングレンジが極めて短いセンサ（プローブ）（例えば±３ｍｍ程度や、あるいは、±０．３ｍｍ程度など）であれば本発明の課題を共通に有しているし、本発明により有効に課題を解決できる。
もちろん、本発明はプローブセンサを限定せず、エッジ検出がうまくできないという課題があれば、広く適用できるものである。
【0051】
上記の説明では、測定点を取得できる状態から、検出エラーが発生して（図１３のＳＴ２２２：ＹＥＳ）測定点が取得できなくなるように変化した点をエッジ点（図１５のＳＴ２２５あるいは図１８のＳＴ３５２）とする例を説明した。
逆に、検出エラーで測定点が取得できない状態から測定データが得られるように変化した点をエッジ点として認識するようにすることもできる。
この場合、予備測定経路ＰＬをワークの外側からワークに向かうように設定しておく。そして、ワークの外側で予備測定経路ＰＬに沿ってプローブ（例えばＣＰＳ２６０）が走査しているときには検出エラーとなるが、ワークのエッジに到達したとき、初めて測定値を得る。したがって、検出エラーで測定点が取得できない状態から測定データが得られるように変化した点をエッジ点とすればよい。
逆に、検出エラーで測定点が取得できない状態から測定データが得られるように変化した点をエッジ点として認識するようにすることもできる。
この場合、予備測定経路ＰＬをワークの外側からワークに向かうように設定しておく。そして、ワークの外側で予備測定経路ＰＬに沿ってプローブ（例えばＣＰＳ２６０）が走査しているときには検出エラーとなるが、ワークのエッジに到達したとき、初めて測定値を得る。したがって、検出エラーで測定点が取得できない状態から測定データが得られるように変化した点をエッジ点とすればよい。
【符号の説明】
【0052】
１００…表面性状測定装置、
２００…三次元測定機、
２１０…架台、２２０…移動テーブル、２３０…フレーム、２４０…カバー、２５０…Ｚスピンドル、２６０…ＣＰＳ（クロマチックポイントセンサ）、
３００…制御コンピュータユニット、
４００…ホストコンピュータ、
４１０…測定パートプログラム、４１１…予備測定プログラム、
４２０…駆動制御部、４２１…移動機構制御部、４２２…合焦判定部、
４３０…形状解析部。
２００…三次元測定機、
２１０…架台、２２０…移動テーブル、２３０…フレーム、２４０…カバー、２５０…Ｚスピンドル、２６０…ＣＰＳ（クロマチックポイントセンサ）、
３００…制御コンピュータユニット、
４００…ホストコンピュータ、
４１０…測定パートプログラム、４１１…予備測定プログラム、
４２０…駆動制御部、４２１…移動機構制御部、４２２…合焦判定部、
４３０…形状解析部。
【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】
