知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】2025-06-23
(45)【発行日】2025-07-01
(54)【発明の名称】プローブユニットの補正方法
(51)【国際特許分類】
G01B 5/00 20060101AFI20250624BHJP
【ＦＩ】
G01B5/00 P
【請求項の数】
1
(21)【出願番号】P 2021094809
(22)【出願日】2021-06-04
(65)【公開番号】P2022186534
(43)【公開日】2022-12-15
【審査請求日】2024-05-15
(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】笠原 耕樹
【審査官】梶田 真也
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－２０１１０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－１１４１１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－２４７３１３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０５５５１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／００００２７７（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｂ ５／００ － ５／３２
Ｇ０１Ｂ ２１／００ － ２１／３２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
先端の測定チップによって測定対象物の表面を検知するプローブユニットの補正方法であって、当該プローブユニットは、
初期的標準仕様として設定された標準形態時の測定チップである第1チップと、
前記標準形態から変更された変更形態時の測定チップである第2チップと、を切り替えて使用できるものであって、
当該プローブユニットの校正時には、前記第1チップと前記第2チップとをそれぞれ校正することによって、前記第1チップの座標値を基準チップ座標値として取得するとともに前記第1チップから前記第2チップへのオフセットをプローブオフセット値として取得し、
前記第2チップを使用したときの測定値は、前記基準チップ座標値に前記プローブオフセット値を加味して得られるものであり、
当該プローブユニットの補正方法は、
校正時の温度と測定環境の現在の温度との温度差を取得する温度データ取得工程と、
当該プローブユニットを前記標準形態時としたときの線膨張を加味した前記基準チップ座標値の補正値を基準チップ補正座標値として算出する基準チップ座標補正工程と、
当該プローブユニットを前記標準形態時としたときの線膨張と当該プローブユニットを前記変更形態時としたときの線膨張とを加味した前記プローブオフセット値の補正値をプローブオフセット補正値として算出するプローブオフセット補正工程と、
前記基準チップ補正座標値に前記プローブオフセット補正値を加味することにより、現在の測定環境中で前記第2チップを使用したときの補正測定値を得る測定値算出工程と、を備える
ことを特徴とするプローブユニットの補正方法。
【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し、具体的には、測定環境温度の変動があっても精確な測定値を得るようにプローブユニットの線膨張を補正するプローブユニットの補正方法に関する。
【背景技術】
【0002】
プローブにより測定対象物（ワーク）の表面を検出する形状測定装置が広く用いられている。近年では、測定対象物（ワーク）の形状が複雑になってきていることに対応して、複数のプローブ（スタイラス）を交換したり、あるいは、回転駆動軸を持ったプローブによりプローブの姿勢を変えたりしながら複雑な形状のワークにアプローチすることが行われるようになってきている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許３７８４２７３
【文献】特許４６９５３７４
【文献】特開２００７－１８３１８４
【文献】特許６１７３６２８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
複数のプローブ（スタイラス）を使用したり、プローブ自身の回転駆動軸によって姿勢を変更したりすれば、複雑な形状のワークでも効率よく測定できるようになるが、それと引き換えに、複数種のプローブ（スタイラス）やプローブの多様な変更形態について適宜校正（キャリブレーション）を実施しなければならないという手間は増える。
プローブ（スタイラス）の種類が増えたり、多様な姿勢をとるプローブを使用したりするような場合、すべてのプローブや変更形態について校正作業を頻繁に行うとなると、測定効率が上がらないという問題が生じる。その一方、測定環境の変動があるような場合には、校正作業を適宜実施しなければ看過できない測定誤差が生じてくる。
プローブ（スタイラス）の種類が増えたり、多様な姿勢をとるプローブを使用したりするような場合、すべてのプローブや変更形態について校正作業を頻繁に行うとなると、測定効率が上がらないという問題が生じる。その一方、測定環境の変動があるような場合には、校正作業を適宜実施しなければ看過できない測定誤差が生じてくる。
【0005】
そこで、本発明の目的は、測定環境温度の変動があっても精確な測定値を得るようにプローブユニットの線膨張を補正することができるプローブユニットの補正方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明のプローブユニットの補正方法は、
先端の測定チップによって測定対象物の表面を検知するプローブユニットの補正方法であって、
当該プローブユニットは、
初期的標準仕様として設定された標準形態時の測定チップである第１チップと、
前記標準形態から変更された変更形態時の測定チップである第２チップと、を切り替えて使用できるものであって、
当該プローブユニットの校正時には、前記第１チップと前記第２チップとをそれぞれ校正することによって、前記第１チップの座標値を基準チップ座標値として取得するとともに前記第１チップから前記第２チップへのオフセットをプローブオフセット値として取得し、
前記第２チップを使用したときの測定値は、前記基準チップ座標値に前記プローブオフセット値を加味して得られるものであり、
当該プローブユニットの補正方法は、
校正時の温度と測定環境の現在の温度との温度差を取得する温度データ取得工程と、
線膨張を加味した前記基準チップ座標値の補正値を基準チップ補正座標値として算出する基準チップ座標補正工程と、
線膨張を加味した前記プローブオフセット値の補正値をプローブオフセット補正値として算出するプローブオフセット補正工程と、
前記基準チップ補正座標値に前記プローブオフセット補正値を加味することにより、現在の測定環境中で前記第２チップを使用したときの補正測定値を得る測定値算出工程と、を備える
ことを特徴とする。
先端の測定チップによって測定対象物の表面を検知するプローブユニットの補正方法であって、
当該プローブユニットは、
初期的標準仕様として設定された標準形態時の測定チップである第１チップと、
前記標準形態から変更された変更形態時の測定チップである第２チップと、を切り替えて使用できるものであって、
当該プローブユニットの校正時には、前記第１チップと前記第２チップとをそれぞれ校正することによって、前記第１チップの座標値を基準チップ座標値として取得するとともに前記第１チップから前記第２チップへのオフセットをプローブオフセット値として取得し、
前記第２チップを使用したときの測定値は、前記基準チップ座標値に前記プローブオフセット値を加味して得られるものであり、
当該プローブユニットの補正方法は、
校正時の温度と測定環境の現在の温度との温度差を取得する温度データ取得工程と、
線膨張を加味した前記基準チップ座標値の補正値を基準チップ補正座標値として算出する基準チップ座標補正工程と、
線膨張を加味した前記プローブオフセット値の補正値をプローブオフセット補正値として算出するプローブオフセット補正工程と、
前記基準チップ補正座標値に前記プローブオフセット補正値を加味することにより、現在の測定環境中で前記第２チップを使用したときの補正測定値を得る測定値算出工程と、を備える
ことを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】形状測定システムの全体構成を示す図である。
【図2】座標系同士の関係を例示した図である。
【図3】プローブユニットの外観図である。
【図4】プローブユニットの断面図である。
【図5】モーションコントローラとホストコンピュータの機能ブロック図である。
【図6】補正テーブル格納部に格納されるデータを例示する図である。
【図7】プローブユニットの変更形態を例示する図である。
【図8】基準スタイラスを屈曲スタイラスに交換した状態を例示した図である。
【図9】補助座標系を示す図である。
【図10】脚軸の向きと角度パラメータとの関係を例示した図である。
【図11】プローブオフセットを例示した図である。
【図12】温度補正工程の手順を示すフローチャートである。
【図13】環境温度の上昇に伴う測定チップ（第２チップ）のシフトを例示した図である。
【図14】環境温度の上昇に伴うプローブオフセットの変化を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
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１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の構成自体は既知のものであるが、簡単に説明しておく。
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６００と、を備える。
（第１実施形態）
図１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の構成自体は既知のものであるが、簡単に説明しておく。
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６００と、を備える。
【0009】
三次元測定機２００は、定盤２１０と、移動機構２２０と、プローブユニット５００と、を備える。
【0010】
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。
【0011】
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。
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。
【0012】
三次元測定機２００に対してスケール座標系（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）が設定される。
図２は、座標系同士の関係を例示した図である。
スケール座標系は、互に直交するＸｓ軸、Ｙｓ軸、及びＺｓ軸を含む。
Ｚｓ軸は鉛直上向きである。
スケール座標系の原点Ｏｓは、Ｘｓ軸に沿って設けられたエンコーダのスケールの原点、Ｙｓ軸に沿って設けられたエンコーダのスケールの原点、および、Ｚｓ軸に沿って設けられたエンコーダのスケールの原点、によって定まる。
図２は、座標系同士の関係を例示した図である。
スケール座標系は、互に直交するＸｓ軸、Ｙｓ軸、及びＺｓ軸を含む。
Ｚｓ軸は鉛直上向きである。
スケール座標系の原点Ｏｓは、Ｘｓ軸に沿って設けられたエンコーダのスケールの原点、Ｙｓ軸に沿って設けられたエンコーダのスケールの原点、および、Ｚｓ軸に沿って設けられたエンコーダのスケールの原点、によって定まる。
【0013】
また、定盤２１０上の所定位置には、マスターゲージ２１１（マスターボール）が設置されている。
マスターゲージ２１１は、校正（キャリブレーション）およびマシン座標系（ＸＭ、ＹＭ、ＺＭ）の設定をするために用いられる。マスターゲージ２１１は、鋼球やセラミック球等である。マスターゲージ２１１の径（半径）は、既知である。つまり、プローブにてマスターゲージ２１１の表面の数点の座標を測定することにより、マスターゲージ２１１の中心位置を一意に特定することができる。このとき、同時に、測定チップの半径およびスタイラスの長さ（形状）が校正される。
マスターゲージ２１１は、校正（キャリブレーション）およびマシン座標系（ＸＭ、ＹＭ、ＺＭ）の設定をするために用いられる。マスターゲージ２１１は、鋼球やセラミック球等である。マスターゲージ２１１の径（半径）は、既知である。つまり、プローブにてマスターゲージ２１１の表面の数点の座標を測定することにより、マスターゲージ２１１の中心位置を一意に特定することができる。このとき、同時に、測定チップの半径およびスタイラスの長さ（形状）が校正される。
【0014】
マスターゲージ２１１は、定盤２１０の上面からＺ軸方向に既知の高さをもつ柱部の先端に保持されている。マスターゲージ２２１の中心位置が原点ＯＭとなるようにスケール座標系（Ｘｓ、Ｙｓ、Ｚｓ）を平行移動させたものがマシン座標系（ＸＭ、ＹＭ、ＺＭ）である。
【0015】
座標系としては、この他、プローブユニット５００に内蔵されたプローブセンサの座標系であるプローブ座標系や、ワーク表面の所定の点（例えば頂点）を原点としワークの所定の面をＸｗＹｗ面とするようなワーク座標系（Ｘｗ、Ｙｗ、Ｚｗ）も用いられるが、本発明とは直接関連しないので割愛する。
【0016】
【0017】
プローブユニット５００は、プローブヘッド本体部５０１と、先端に測定チップ（５３０Ａ）を有するスタイラス（５３０）と、を有する。
【0018】
プローブヘッド本体部５０１は、プローブ固定部５０２と、第１回転機構部５１０と、第２回転機構部５２０と、を有する。
【0019】
プローブ固定部５０２は、Ｚスピンドル２２４の下端に取り付けられる。
また、プローブ固定部５０２の下端に第１回転機構部５１０が設けられている。
第１回転機構部５１０は、第１ハウジング５１１と、第１モータ５１２と、第１シャフト５１３と、を有する。
第１ハウジング５１１は、プローブ固定部５０２の下端に取り付けられている。第１ハウジング５１１の内側に第１モータ５１２が内設され、第１モータ５１２の電機子に第１シャフト５１３が取り付けられている。
いま、第１シャフト５１３の回転軸を第１回転軸Ａ１とする。
本実施形態では、第１回転軸Ａ１の軸線方向は、Ｚ軸方向に平行である。
また、プローブ固定部５０２の下端に第１回転機構部５１０が設けられている。
第１回転機構部５１０は、第１ハウジング５１１と、第１モータ５１２と、第１シャフト５１３と、を有する。
第１ハウジング５１１は、プローブ固定部５０２の下端に取り付けられている。第１ハウジング５１１の内側に第１モータ５１２が内設され、第１モータ５１２の電機子に第１シャフト５１３が取り付けられている。
いま、第１シャフト５１３の回転軸を第１回転軸Ａ１とする。
本実施形態では、第１回転軸Ａ１の軸線方向は、Ｚ軸方向に平行である。
【0020】
第２回転機構部５２０は、第２ハウジング５２１と、第２モータ５２２と、第２シャフト５２３と、Ｕ型連結フレーム５２４と、を有する。
第２ハウジング５２１は、第１シャフト５１３に連結されている。第２モータ５２２は、第２ハウジング５２１に内設され、第２モータ５２２の電機子に第２シャフト５２３が取り付けられている。
第２ハウジング５２１は、第１シャフト５１３に連結されている。第２モータ５２２は、第２ハウジング５２１に内設され、第２モータ５２２の電機子に第２シャフト５２３が取り付けられている。
【0021】
いま、第２シャフト５２３の回転軸を第２回転軸Ａ２とする。
このとき、第１回転軸Ａ１（の延長線）と第２回転軸Ａ２とは直交している。第２シャフト５２３にＵ型連結フレーム５２４が取り付けられ、Ｕ型連結フレーム５２４が第２回転軸Ａ２を回転中心にして回転するようになっている。
このとき、第１回転軸Ａ１（の延長線）と第２回転軸Ａ２とは直交している。第２シャフト５２３にＵ型連結フレーム５２４が取り付けられ、Ｕ型連結フレーム５２４が第２回転軸Ａ２を回転中心にして回転するようになっている。
【0022】
Ｕ型連結フレーム５２４の下端にスタイラス（５３０）が取り付けられている。
いま、図３および図４においてプローブユニット５００に取り付けられているスタイラス５３０は真っ直ぐな直線的スタイラス５３０である。
この直線スタイラス５３０を標準仕様で使用される基準スタイラス５３０とする。基準スタイラス５３０の軸線Ａ３（の延長線）は第２回転軸Ａ２に直交している。
いま、図３および図４においてプローブユニット５００に取り付けられているスタイラス５３０は真っ直ぐな直線的スタイラス５３０である。
この直線スタイラス５３０を標準仕様で使用される基準スタイラス５３０とする。基準スタイラス５３０の軸線Ａ３（の延長線）は第２回転軸Ａ２に直交している。
【0023】
（プローブユニット５００の標準形態）
プローブユニット５００の初期的標準仕様としては、基準スタイラス５３０を取り付けた状態のプローブユニット５００を想定し、さらに、基準スタイラス５３０の軸線Ａ３が第１回転軸Ａ１に平行にあるものとする。（あるいは基準スタイラス５３０の軸線Ａ３が第１回転軸Ａ１に一致してしている。）これをプローブユニット５００の標準形態とする。
つまり、標準形態時においては、第２回転軸Ａ２の回転はゼロであり、基準スタイラス５３０の軸線Ａ３および第１回転軸Ａ１はマシン座標系のＺ軸に平行である。
基準スタイラス５３０は、その下端に測定チップ５３０Ａを有する。
測定チップは球状であって、測定対象物に接触する。いま、標準形態のときの測定チップ５３０Ａを第１チップ５３０Ａと称することにする。
プローブユニット５００の初期的標準仕様としては、基準スタイラス５３０を取り付けた状態のプローブユニット５００を想定し、さらに、基準スタイラス５３０の軸線Ａ３が第１回転軸Ａ１に平行にあるものとする。（あるいは基準スタイラス５３０の軸線Ａ３が第１回転軸Ａ１に一致してしている。）これをプローブユニット５００の標準形態とする。
つまり、標準形態時においては、第２回転軸Ａ２の回転はゼロであり、基準スタイラス５３０の軸線Ａ３および第１回転軸Ａ１はマシン座標系のＺ軸に平行である。
基準スタイラス５３０は、その下端に測定チップ５３０Ａを有する。
測定チップは球状であって、測定対象物に接触する。いま、標準形態のときの測定チップ５３０Ａを第１チップ５３０Ａと称することにする。
【0024】
第１回転軸Ａ１（の延長線）と、第２回転軸Ａ２と、スタイラス５３０の軸線Ａ３（の延長線）と、は１つの交点で交差する。
以後の説明のため、この交差点を、回転中心Ｑと名付けることにする。
以後の説明のため、この交差点を、回転中心Ｑと名付けることにする。
【0025】
また、第１回転軸Ａ１の回転角をα１で表わし、－１８０°≦α１≦１８０°であるとする。（電気的な接続がとれれば可動範囲に制限を設ける必要はなく、回転動作自体は何回転してもよい。）図３あるいは図４において、正面手前が０°で、上方から見たときに左回りがプラス方向の回転で、右回りがマイナス方向の回転であるとする。
【0026】
第２回転軸Ａ２の回転角をα２で表わし、０°≦α２≦９０°であるとする。スタイラス５３０が鉛直下向きのときを０°とする。
どこを０°の基準にとるかは任意である。
どこを０°の基準にとるかは任意である。
【0027】
第１モータ５１２および第２モータ５２２は、例えばステッピングモータであって、印加される駆動パルスに同期して駆動するとする。つまり、第１回転機構部５１０および第２回転機構部５２０の運動量（回転角度）は駆動パルスの数に比例するとする。
【0028】
プローブユニット５００は、測定チップ（５３０Ａ）とワーク表面との接触を検出ため、スタイラス５３０が一定の範囲内でＸｐ、Ｙｐ、Ｚｐ軸の各軸方向に移動可能となるようにスタイラス５３０を支持しているとともに、スタイラス５３０の変位を検出するプローブセンサー（不図示）を備える。（Ｘｐ、Ｙｐ、Ｚｐ軸はプローブ座標系の座標軸）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】
（プローブユニットの変更形態）
測定対象に応じてプローブユニット５００を標準形態から変更した変更形態として使用することがある。
プローブユニット５００の変更形態としては、例えば、スタイラスは基準スタイラス５３０のままで、第１回転機構部５１０（Ａ１）および第２回転機構部５２０（Ａ２）を適宜回転駆動してスタイラスを振り上げたり回転スイングしたりする姿勢を取り得る。このときの測定チップの位置は、標準形態時のときの測定チップ（第１チップ５３０Ａ）の位置からはシフトしているのであるから、標準形態から変更された変更形態時の測定チップとして第２チップ５５０Ａと称することにする。
測定対象に応じてプローブユニット５００を標準形態から変更した変更形態として使用することがある。
プローブユニット５００の変更形態としては、例えば、スタイラスは基準スタイラス５３０のままで、第１回転機構部５１０（Ａ１）および第２回転機構部５２０（Ａ２）を適宜回転駆動してスタイラスを振り上げたり回転スイングしたりする姿勢を取り得る。このときの測定チップの位置は、標準形態時のときの測定チップ（第１チップ５３０Ａ）の位置からはシフトしているのであるから、標準形態から変更された変更形態時の測定チップとして第２チップ５５０Ａと称することにする。
【0030】
さらに、「第２チップ５５０Ａ」となり得る場合として、スタイラスを基準スタイラス５３０から別の異形スタイラスに交換する場合もある。
ここにいう異形スタイラスというのは、例えば屈曲型のＬ字や十字のスタイラスの場合もあれば、基準スタイラス５３０よりも長いあるいは短い直線スタイラスの場合も有り得る。
なお、一つのスタイラス（マルチスタイラス）が基準チップ（第１チップ５３０Ａ）と第２チップ５５０Ａとを合わせもっていてもよい。
ここにいう異形スタイラスというのは、例えば屈曲型のＬ字や十字のスタイラスの場合もあれば、基準スタイラス５３０よりも長いあるいは短い直線スタイラスの場合も有り得る。
なお、一つのスタイラス（マルチスタイラス）が基準チップ（第１チップ５３０Ａ）と第２チップ５５０Ａとを合わせもっていてもよい。
【0031】
（モーションコントローラ３００の構成）
図５は、モーションコントローラ３００とホストコンピュータ６００の機能ブロック図である。
モーションコントローラ３００は、測定指令取得部３１０と、カウンタ部３３０と、駆動指令生成部３４０と、駆動制御部３５０と、を備える。
図５は、モーションコントローラ３００とホストコンピュータ６００の機能ブロック図である。
モーションコントローラ３００は、測定指令取得部３１０と、カウンタ部３３０と、駆動指令生成部３４０と、駆動制御部３５０と、を備える。
【0032】
測定指令取得部３１０は、ホストコンピュータ６００から測定指令データを取得する。
【0033】
カウンタ部３３０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、プローブ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ユニット５００（スタイラス）の変位量を計測する。計測されたスライダ２２１、２２２、２２４およびプローブユニット５００の変位からプローブユニット５００あるいは測定チップ（５５０Ａ）の位置情報が得られる。
また、カウンタ部３３０にて計測されたスタイラス（５５０）の変位（プローブセンサの検出値（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ））から、測定チップ（５５０Ａ）の押込み量（あるいは押込み方向）が得られる。
駆動指令生成部３４０は、ホストコンピュータ６００からの測定指令データをもとに、移動機構２２０に与える駆動指令を生成する。移動機構２２０を駆動制御する速度ベクトル指令については例えば特許５２７４７８２、特許６０３０３３９、特許６０６３１６１などに記載されている。
また、カウンタ部３３０にて計測されたスタイラス（５５０）の変位（プローブセンサの検出値（Ｐｘ，Ｐｙ，Ｐｚ））から、測定チップ（５５０Ａ）の押込み量（あるいは押込み方向）が得られる。
駆動指令生成部３４０は、ホストコンピュータ６００からの測定指令データをもとに、移動機構２２０に与える駆動指令を生成する。移動機構２２０を駆動制御する速度ベクトル指令については例えば特許５２７４７８２、特許６０３０３３９、特許６０６３１６１などに記載されている。
【0034】
（ホストコンピュータの構成）
ホストコンピュータ６００は、ＣＰＵ６１１（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）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。ＣＰＵ６１１５１１（中央処理装置）で制御プログラムを実行することにより本実施形態の動作（プローブの温度補正）が実現される。ホストコンピュータ６００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。
ホストコンピュータ６００は、ＣＰＵ６１１（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）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。ＣＰＵ６１１５１１（中央処理装置）で制御プログラムを実行することにより本実施形態の動作（プローブの温度補正）が実現される。ホストコンピュータ６００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。
【0035】
ホストコンピュータ６００は、さらに、記憶部６２０と、形状解析部６３０と、温度補正部６４０と、を備える。
【0036】
記憶部６２０は、測定対象物（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制御プログラムを格納する。
また、本実施形態では、記憶部６２０は、プローブユニット５００の校正データ（補正テーブル）を格納する補正テーブル格納部６２１を有する。
補正テーブル格納部６２１に格納されるデータを図６に示す。補正テーブル格納部６２１に格納されるこれらの校正用データ（補正テーブル）については後述する。
また、本実施形態では、記憶部６２０は、プローブユニット５００の校正データ（補正テーブル）を格納する補正テーブル格納部６２１を有する。
補正テーブル格納部６２１に格納されるデータを図６に示す。補正テーブル格納部６２１に格納されるこれらの校正用データ（補正テーブル）については後述する。
【0037】
形状解析部６３０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（サンプリングデータ）に基づいて測定対象物の表面形状データを算出し、算出した測定対象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６３０は、倣い経路情報を含んだ設計データ（ＣＡＤデータや、ＮＵＲＢＳデータ等）からＰＣＣ曲線への変換等を行って測定指令データの生成を行う。
【0038】
また、形状解析部６３０は、標準形態時および変更形態時の測定チップでマスターゲージ２１１を測定したときの測定データに基づいて校正データを生成する。
（この点は後述する。）
（この点は後述する。）
【0039】
温度補正部６４０は、校正時とワーク測定時との温度差ΔＴに応じて校正データ（補正テーブル）の補正値を求めるものである。
（この点は後述する。）
（この点は後述する。）
【0040】
（補正テーブルの生成）
まず、形状測定システム１００の使用にあたって、マスターゲージ２１１を用いた校正（キャリブレーション）を実行する必要がある。
校正用マスターゲージ２１１の測定データから校正データを得る演算処理は例えば形状解析部６３０で実行される。
まず、形状測定システム１００の使用にあたって、マスターゲージ２１１を用いた校正（キャリブレーション）を実行する必要がある。
校正用マスターゲージ２１１の測定データから校正データを得る演算処理は例えば形状解析部６３０で実行される。
【0041】
（標準形態（第１チップ５３０Ａ）の校正）
まず、プローブユニット５００の標準形態時において第１チップ５３０Ａによる校正を行う。
これにより、三次元測定機２００およびプローブユニット５００の電気系統（例えばエンコーダ）の校正とともに（例えば原点設定）、基準スタイラス５３０の形状についても校正される。基準スタイラス５３０の形状の校正値（補正テーブル）としては、プローブユニット５００の回転中心Ｑから第１チップ５３０Ａの中心点までの距離Ｌ１（図４参照）と、第１チップ５３０Ａ（基準チップ）の半径ｒ１と、がある。
まず、プローブユニット５００の標準形態時において第１チップ５３０Ａによる校正を行う。
これにより、三次元測定機２００およびプローブユニット５００の電気系統（例えばエンコーダ）の校正とともに（例えば原点設定）、基準スタイラス５３０の形状についても校正される。基準スタイラス５３０の形状の校正値（補正テーブル）としては、プローブユニット５００の回転中心Ｑから第１チップ５３０Ａの中心点までの距離Ｌ１（図４参照）と、第１チップ５３０Ａ（基準チップ）の半径ｒ１と、がある。
【0042】
第１チップ５３０Ａによる校正により、第１チップ５３０Ａの中心点を求める補正テーブルＳ１（Ｓ１Ｘ、Ｓ１Ｙ、Ｓ１Ｚ）が得られる。
ここで、校正を加味した第１チップ５３０Ａの中心点座標値をＰ１ｃ（Ｐ１ｃＸ、Ｐ１ｃＹ、Ｐ１ｃＺ）で表すとする。
また、マシンのスケールの読み値をＭ（ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ）で表すとする。
ここでいうマシンのスケールの読み値には、三次元測定機２００のエンコーダの読み値とプローブユニット５００のセンサの読み値とを含み、マシンのスケールの読み値はプローブユニット５００の回転中心Ｑの座標を示すとする。
校正を加味した第１チップ５３０Ａの中心点座標値Ｐ１ｃは補正テーブルＳ１によって次のように表される。
ここで、校正を加味した第１チップ５３０Ａの中心点座標値をＰ１ｃ（Ｐ１ｃＸ、Ｐ１ｃＹ、Ｐ１ｃＺ）で表すとする。
また、マシンのスケールの読み値をＭ（ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ）で表すとする。
ここでいうマシンのスケールの読み値には、三次元測定機２００のエンコーダの読み値とプローブユニット５００のセンサの読み値とを含み、マシンのスケールの読み値はプローブユニット５００の回転中心Ｑの座標を示すとする。
校正を加味した第１チップ５３０Ａの中心点座標値Ｐ１ｃは補正テーブルＳ１によって次のように表される。
【0043】
Ｐ１ｃ（Ｐ１ｃＸ、Ｐ１ｃＹ、Ｐ１ｃＺ）＝Ｍ（ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ）＋Ｓ１（Ｓ１Ｘ、Ｓ１Ｙ、Ｓ１Ｚ）
基準スタイラス５３０の形状は、Ｚ軸に平行な直線であるから、Ｓ１Ｘ＝Ｓ１Ｙ＝０であり、Ｓ１Ｚ＝Ｌ１である。
Ｐ１ｃ（Ｐ１ｃＸ、Ｐ１ｃＹ、Ｐ１ｃＺ）＝Ｍ（ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ）＋Ｓ１（０、０、Ｌ１）
基準スタイラス５３０の形状は、Ｚ軸に平行な直線であるから、Ｓ１Ｘ＝Ｓ１Ｙ＝０であり、Ｓ１Ｚ＝Ｌ１である。
Ｐ１ｃ（Ｐ１ｃＸ、Ｐ１ｃＹ、Ｐ１ｃＺ）＝Ｍ（ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ）＋Ｓ１（０、０、Ｌ１）
【0044】
（なお、ワーク（測定対象物）の表面は、第１チップ５３０Ａの中心点座標値Ｐ１ｃからさらにアプローチ方向へ半径ｒだけシフトした位置にある。これ自体はよく知られたことである。）
【0045】
第１チップ５３０Ａ用の補正テーブルとして、第１チップ５３０Ａの半径ｒ１、補正テーブルＳ１を補正テーブル格納部６２１に格納しておく（図６）。
合わせて、校正作業時の環境温度Ｔｒも校正時参照温度として補正テーブル格納部６２１に格納しておく。
合わせて、校正作業時の環境温度Ｔｒも校正時参照温度として補正テーブル格納部６２１に格納しておく。
【0046】
（プローブオフセットのモデル化）
プローブユニット５００の変更形態でもワークの測定を行うのであれば、これら変更形態についても校正が必要である。すなわち、プローブユニット５００の第１回転機構部５１０および第２回転機構部５２０を駆動してスタイラス（５３０、５５０）を所定角度だけ振り上げた（あるいはスウィングした）姿勢や異形スタイラス（５５０）に交換したプローブユニット５００についても校正作業を行う。
実施形態の説明上、変更形態時の測定チップを第２チップ５５０Ａと称することにする。
図７に例示するように、基準スタイラス５３０を屈曲スタイラス５５０に交換し、さらに、第１回転機構部５１０および第２回転機構部５２０を駆動してスタイラス５５０を所定角度だけ振り上げかつ回転スイングしたときの測定チップを第２チップ５５０Ａとする。
プローブユニット５００の変更形態でもワークの測定を行うのであれば、これら変更形態についても校正が必要である。すなわち、プローブユニット５００の第１回転機構部５１０および第２回転機構部５２０を駆動してスタイラス（５３０、５５０）を所定角度だけ振り上げた（あるいはスウィングした）姿勢や異形スタイラス（５５０）に交換したプローブユニット５００についても校正作業を行う。
実施形態の説明上、変更形態時の測定チップを第２チップ５５０Ａと称することにする。
図７に例示するように、基準スタイラス５３０を屈曲スタイラス５５０に交換し、さらに、第１回転機構部５１０および第２回転機構部５２０を駆動してスタイラス５５０を所定角度だけ振り上げかつ回転スイングしたときの測定チップを第２チップ５５０Ａとする。
【0047】
本実施形態では、第２チップ５５０Ａの校正データ（補正テーブル）として、第１チップ５３０Ａの中心から第２チップ５５０Ａの中心へのオフセット値を求める（図１１）。
第１チップ５３０Ａの中心から第２チップ５５０Ａの中心へのオフセット値をプローブオフセット値Ｓ１２と称することにする。
第１チップ５３０Ａの中心から第２チップ５５０Ａの中心へのオフセット値をプローブオフセット値Ｓ１２と称することにする。
【0048】
プローブユニット５００の構成要素をモデル化することによって、プローブオフセット値は次のように表される。
まず、図８に例示のように、基準スタイラス５３０を屈曲スタイラス５５０に交換したとする。
ここでは、屈曲スタイラス５５０として９０°に屈曲したＬ字スタイラスを例示しているが、屈曲の角度は９０°に限定されない。
まず、図８に例示のように、基準スタイラス５３０を屈曲スタイラス５５０に交換したとする。
ここでは、屈曲スタイラス５５０として９０°に屈曲したＬ字スタイラスを例示しているが、屈曲の角度は９０°に限定されない。
【0049】
屈曲スタイラス５５０の形状パラメータとして、回転中心Ｑから屈曲点５５１までを胴体軸５５２とし、胴体軸５５２の長さをＬ２で表す。
また、屈曲点５５１からチップ中心までを脚軸５５３とし、脚軸５５３の長さをＬ３で表す。
また、屈曲点５５１からチップ中心までを脚軸５５３とし、脚軸５５３の長さをＬ３で表す。
【0050】
さらに、脚軸５５３の向きと折れ曲がりの大きさを角度パラメータで表現する。
屈曲スタイラス５５０の脚軸５５３の折れ曲がりを表現するために、補助座標系を導入する。
図９に補助座標系を示す。
補助座標系として、ここでは、右手系の直交座標系としてＩ軸，Ｊ軸，Ｋ軸からなる座標系を導入する。
プローブヘッド本体部５０１の第１、第２回転機構部５２０の回転をゼロとした状態で、補助座標系の原点は屈曲スタイラス５５０の屈曲点５５１にあり、Ｋ軸は屈曲スタイラス５５０の胴体軸５５２に平行にあり、Ｉ軸は第２回転軸Ａ２に平行にあるとする。
屈曲スタイラス５５０の脚軸５５３の折れ曲がりを表現するために、補助座標系を導入する。
図９に補助座標系を示す。
補助座標系として、ここでは、右手系の直交座標系としてＩ軸，Ｊ軸，Ｋ軸からなる座標系を導入する。
プローブヘッド本体部５０１の第１、第２回転機構部５２０の回転をゼロとした状態で、補助座標系の原点は屈曲スタイラス５５０の屈曲点５５１にあり、Ｋ軸は屈曲スタイラス５５０の胴体軸５５２に平行にあり、Ｉ軸は第２回転軸Ａ２に平行にあるとする。
【0051】
この状態で、脚軸５５３がＫ軸（のマイナス方向）となす角をβ１とする。
つぎに、脚軸５５３がＫＪ面となす角をβ２とする。
（Ｊ軸のマイナス方向をゼロ度とし、Ｊ軸のプラス方向を１８０度とし、Ｋ軸回りで右回りを正とする。）
つぎに、脚軸５５３がＫＪ面となす角をβ２とする。
（Ｊ軸のマイナス方向をゼロ度とし、Ｊ軸のプラス方向を１８０度とし、Ｋ軸回りで右回りを正とする。）
【0052】
つぎのように言い換えてもよい。
まず、Ｋ軸に平行な直線スタイラスの測定チップをＩ軸回りでβ１だけ回転させる。続けて、測定チップをＫ軸回りでβ２だけ回転させる。すると、基準スタイラス５３０の測定チップ（５３０Ａ）が屈曲スタイラス５５０の測定チップ（５５０Ａ）に重なる（あるいは同じ方向にある）。
まず、Ｋ軸に平行な直線スタイラスの測定チップをＩ軸回りでβ１だけ回転させる。続けて、測定チップをＫ軸回りでβ２だけ回転させる。すると、基準スタイラス５３０の測定チップ（５３０Ａ）が屈曲スタイラス５５０の測定チップ（５５０Ａ）に重なる（あるいは同じ方向にある）。
【0053】
なお、プローブヘッド本体部５０１にスタイラス（５３０、５５０）を取り付けるチャック部には、キーとキー溝や、突起とノッチ、あるいは、部分的平坦面などのようにスタイラス（５３０、５５０）の取り付け向きを一意に決める嵌め合いがあることとし、屈曲スタイラス５５０の脚軸５５３の折れ曲がりの向きと大きさはマシン座標系上で一意に表現されるものとする。
【0054】
例えば、屈曲スタイラス５５０が９０°に屈曲したＬ字のスタイラスで、脚軸５５３の長さが１とした場合、Ｌ字スタイラスの折れ曲がり方向と角β１、β２との関係をテーブルに表すと図１０のようになる。
【0055】
そして、図７に例示のように、第１、第２回転機構部５２０を必要な角度分だけ回転させて、校正対象となる位置まで測定チップ（５３０Ａ）を振り上げ、スウィングする。校正対象となる変更形態時における第１、第２回転機構部５２０の回転角を参照基準角（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｇｌｅ）としてα１ｒ、α２ｒとする。この状態のプローブユニット５００の測定チップを第２チップ５５０Ａとする。
【0056】
さて、ここまでに導入したパラメータを用いて、第１チップ５３０Ａの中心から第２チップ５５０Ａの中心へのオフセット（プローブオフセット）Ｓ１２を式で表現すると、次のようになる。
【0057】
Ｓ１２＝（Ｓ１２Ｘ、Ｓ１２Ｙ、Ｓ１２Ｚ）
プローブオフセットの各要素は次の式で表現される。
プローブオフセットの各要素は次の式で表現される。
【0058】
Ｓ１２Ｘ＝－Ｌ３・Ｃｏｓ（α１ｒ）・Ｓｉｎ（β１）・Ｓｉｎ（β２）－Ｓｉｎ（α１ｒ）｛Ｌ３・Ｃｏｓ（－α２ｒ）・Ｓｉｎ（β１）・Ｃｏｓ（β２）＋Ｓｉｎ（－α２ｒ）（Ｌ３・ｃｏｓ（β１）＋Ｌ２）｝
【0059】
Ｓ１２Ｙ＝－Ｌ３・Ｓｉｎ（α１ｒ）・Ｓｉｎ（β１）・Ｓｉｎ（β２）＋Ｃｏｓ（α１ｒ）｛Ｌ３・Ｃｏｓ（－α２ｒ）・Ｓｉｎ（β１）・Ｃｏｓ（β２）＋Ｓｉｎ（－α２ｒ）（Ｌ３・Ｃｏｓ（β１）＋Ｌ２）｝
【0060】
Ｓ１２Ｚ＝Ｌ３・Ｓｉｎ（α１ｒ）・Ｓｉｎ（β１）・Ｃｏｓ（β２）－Ｃｏｓ（－α２ｒ）（Ｌ３・Ｃｏｓ（β１）＋Ｌ２）＋Ｌ１
【0061】
このなかで、角度の値α１ｒ、α２ｒ、β１、β２は、既知の値である。すなわち、α１ｒ、α２ｒはプローブヘッド本体部５０１の第１、第２回転機構部５２０の回転角であり、センサ（例えばロータリエンコーダ）で得られる値を信用する。（あるいは、プローブヘッド本体部５０１の第１、第２回転機構部５２０は別途校正済みであるとする。）
β１、β２は、（屈曲）スタイラスの仕様である。
なお、角度を信頼するのは、角度は温度の影響を受けないと考えられるからである。
β１、β２は、（屈曲）スタイラスの仕様である。
なお、角度を信頼するのは、角度は温度の影響を受けないと考えられるからである。
【0062】
一方、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３は校正データから求められる。
Ｌ１は、第１チップ５３０Ａの校正値から得られるものである。
Ｌ２、Ｌ３については後述する。
Ｌ１は、第１チップ５３０Ａの校正値から得られるものである。
Ｌ２、Ｌ３については後述する。
【0063】
プローブオフセットＳ１２のモデル式は温度補正部６４０に記憶しておく。
【0064】
（変更形態（第２チップ５５０Ａ）の校正）
さて、第２チップ５５０Ａでマスターゲージ２１１を測定して、第２チップ用の校正データ（補正テーブル）を得る。
さて、第２チップ５５０Ａでマスターゲージ２１１を測定して、第２チップ用の校正データ（補正テーブル）を得る。
【0065】
第２チップ５５０Ａの校正によって第２チップ５５０Ａの中心点を求める補正テーブルＳ２（Ｓ２Ｘ、Ｓ２Ｙ、Ｓ２Ｚ）が得られる。
いま、校正を加味した第２チップ５５０Ａの中心点座標値をＰ２ｃ（Ｐ２ｃＸ、Ｐ２ｃＹ、Ｐ２ｃＺ）で表すとする。
また、マシンのスケールの読み値をＭ（ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ）で表すとする。
ここでいうマシンのスケールの読み値には、三次元測定機２００のエンコーダの読み値とプローブユニット５００のセンサの読み値とを含み、マシンのスケールの読み値はプローブユニット５００の回転中心Ｑの座標を示すとする。
校正を加味した第２チップ５５０Ａの中心点座標値Ｐ２ｃは補正テーブルＳ２によって次のように表される。
この関係を図１１に例示した。
いま、校正を加味した第２チップ５５０Ａの中心点座標値をＰ２ｃ（Ｐ２ｃＸ、Ｐ２ｃＹ、Ｐ２ｃＺ）で表すとする。
また、マシンのスケールの読み値をＭ（ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ）で表すとする。
ここでいうマシンのスケールの読み値には、三次元測定機２００のエンコーダの読み値とプローブユニット５００のセンサの読み値とを含み、マシンのスケールの読み値はプローブユニット５００の回転中心Ｑの座標を示すとする。
校正を加味した第２チップ５５０Ａの中心点座標値Ｐ２ｃは補正テーブルＳ２によって次のように表される。
この関係を図１１に例示した。
【0066】
Ｐ２ｃ（Ｐ２ｃＸ、Ｐ２ｃＹ、Ｐ２ｃＺ）＝Ｍ（ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ）＋Ｓ２（Ｓ２Ｘ、Ｓ２Ｙ、Ｓ２Ｚ）
【0067】
従って、第１チップ５３０Ａの中心から第２チップ５５０Ａの中心へのオフセット（プローブオフセット）Ｓ１２は、第２チップ５５０Ａの中心点を求める補正テーブルＳ２（Ｓ２Ｘ、Ｓ２Ｙ、Ｓ２Ｚ）と第１チップ５３０Ａの中心点を求める補正テーブルＳ１（Ｓ１Ｘ、Ｓ１Ｙ、Ｓ１Ｚ）との差として得られる。
つまり、プローブオフセットＳ１２の値は次のようになる。
つまり、プローブオフセットＳ１２の値は次のようになる。
【0068】
Ｓ１２（Ｓ１２Ｘ、Ｓ１２Ｙ、Ｓ１２Ｚ）＝Ｓ２（Ｓ２Ｘ、Ｓ２Ｙ、Ｓ２Ｚ）－Ｓ１（Ｓ１Ｘ、Ｓ１Ｙ、Ｓ１Ｚ）
【0069】
先にプローブオフセットＳ１２をモデルとして求めておいた。
したがって、先のモデル式にＳ１２（Ｓ１２Ｘ、Ｓ１２Ｙ、Ｓ１２Ｚ）に代入して連立方程式を解けば、Ｌ２、Ｌ３の校正値が求められる。
補正テーブル格納部６２１には、第２チップ５５０Ａ用の補正テーブルとして、Ｌ２、Ｌ３および校正時のプローブオフセットＳ１２を格納しておく。
（校正時温度も補正テーブル格納部６２１に格納しておくことは先述の通りである。）
したがって、先のモデル式にＳ１２（Ｓ１２Ｘ、Ｓ１２Ｙ、Ｓ１２Ｚ）に代入して連立方程式を解けば、Ｌ２、Ｌ３の校正値が求められる。
補正テーブル格納部６２１には、第２チップ５５０Ａ用の補正テーブルとして、Ｌ２、Ｌ３および校正時のプローブオフセットＳ１２を格納しておく。
（校正時温度も補正テーブル格納部６２１に格納しておくことは先述の通りである。）
【0070】
後述の温度補正が無い場合、第２チップ５５０Ａで測定対象（ワーク）を測定した際に第２チップ５５０Ａの中心点を得るにあたって、形状解析部６３０は、第１チップ５３０Ａの中心点にプローブオフセットＳ１２を加味する。
【0071】
Ｐ２ｃ（Ｐ２ｃＸ、Ｐ２ｃＹ、Ｐ２ｃＺ）＝Ｐ１ｃ（Ｐ１ｃＸ、Ｐ１ｃＹ、Ｐ１ｃＺ）＋Ｓ１２（Ｓ１２Ｘ、Ｓ１２Ｙ、Ｓ１２Ｚ）
【0072】
なお、第１チップ５３０Ａの中心点Ｐ１ｃはマシンの読み値Ｍと補正テーブルＳ１とによって求められることは先述の通りである。
【0073】
さらに、アプローチ方向、チップ径、を加味することで測定対象物表面の位置が求められる。
これ自体は既知のことであるから割愛する。
これ自体は既知のことであるから割愛する。
【0074】
（温度補正）
校正作業時と実際のワーク測定時とで測定環境の温度が安定して同じであれば、環境温度変化による測定値のドリフトはないが、測定環境の温度が変動する場合には温度ドリフトが発生する。
本実施形態では、従来対応してこなかったプローブ（スタイラス）の線膨張を温度補正部６４０により補正することを目指す。
例えば、図１３に例示するように、環境温度の上昇に伴って屈曲スタイラス５５０の胴体軸５５２および脚軸５５３がそれぞれ伸びたとすると、測定チップ（第２チップ５５０Ａ）の位置はそれだけシフトすることになる。このとき、第１チップ５３０ＡからのプローブオフセットＳ１２を加味して第２チップ５５０Ａの位置を求めようとすると、プローブオフセットが変動しているのあるから正しい第２チップ５５０Ａの中心位置は求められない。図１４では、線膨張前の状態と線膨張後の状態とで、仮想的に第１チップ５３０Ａの位置を同じになるように重ねて、プローブオフセットの変動分が分かりやすくなるように例示した図である。
校正作業時と実際のワーク測定時とで測定環境の温度が安定して同じであれば、環境温度変化による測定値のドリフトはないが、測定環境の温度が変動する場合には温度ドリフトが発生する。
本実施形態では、従来対応してこなかったプローブ（スタイラス）の線膨張を温度補正部６４０により補正することを目指す。
例えば、図１３に例示するように、環境温度の上昇に伴って屈曲スタイラス５５０の胴体軸５５２および脚軸５５３がそれぞれ伸びたとすると、測定チップ（第２チップ５５０Ａ）の位置はそれだけシフトすることになる。このとき、第１チップ５３０ＡからのプローブオフセットＳ１２を加味して第２チップ５５０Ａの位置を求めようとすると、プローブオフセットが変動しているのあるから正しい第２チップ５５０Ａの中心位置は求められない。図１４では、線膨張前の状態と線膨張後の状態とで、仮想的に第１チップ５３０Ａの位置を同じになるように重ねて、プローブオフセットの変動分が分かりやすくなるように例示した図である。
【0075】
図１２は、温度補正工程の手順を示すフローチャートである。
まず、温度補正部６４０は、まず、測定環境の温度を取得する（ＳＴ１１０）。三次元測定機２００に温度センサが付設されていてもよいし、測定室内の温度センサから温度を得るようにしてもよい。温度補正部６４０は、校正時の温度と現在の測定環境の温度との差ΔＴを温度データとして取得する。
まず、温度補正部６４０は、まず、測定環境の温度を取得する（ＳＴ１１０）。三次元測定機２００に温度センサが付設されていてもよいし、測定室内の温度センサから温度を得るようにしてもよい。温度補正部６４０は、校正時の温度と現在の測定環境の温度との差ΔＴを温度データとして取得する。
【0076】
続いて、温度補正部６４０は、第１チップ用補正テーブルＳ１の温度補正を行う。
第１チップ５３０Ａは、直線状の基準スタイラス５３０の先端についているチップであるから、第１チップ５３０Ａ用補正テーブルＳ１の温度補正というのは、基準スタイラス５３０の長さＬ１の線膨張分の伸縮を加味することである。線膨張係数をｋ１として、現時点の温度Ｔにおける基準スタイラス５３０の長さをＬ１Ｔとする。
第１チップ５３０Ａは、直線状の基準スタイラス５３０の先端についているチップであるから、第１チップ５３０Ａ用補正テーブルＳ１の温度補正というのは、基準スタイラス５３０の長さＬ１の線膨張分の伸縮を加味することである。線膨張係数をｋ１として、現時点の温度Ｔにおける基準スタイラス５３０の長さをＬ１Ｔとする。
【0077】
Ｌ１Ｔ＝Ｌ１＋ΔＬ１＝Ｌ１（１＋ｋ１ΔＴ）
Ｓ１Ｔ（Ｓ１ＴＸ、Ｓ１ＴＹ、Ｓ１ＴＺ）＝Ｓ１Ｔ（０、０、Ｌ１Ｔ）
Ｓ１Ｔ（Ｓ１ＴＸ、Ｓ１ＴＹ、Ｓ１ＴＺ）＝Ｓ１Ｔ（０、０、Ｌ１Ｔ）
【0078】
温度補正部６４０は、温度補正後の第１チップ用補正テーブルＳ１Ｔを補正時の温度データと合わせて、補正テーブル格納部６２１に格納する。
【0079】
さらに、温度補正部６４０は、プローブオフセットＳ１２の温度補正を行う。
プローブオフセットＳ１２は、モデル化してあるので、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に線膨張を加味することにより、温度補正されたプローブオフセットＳ１２Ｔが得られる。
プローブオフセットＳ１２は、モデル化してあるので、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３に線膨張を加味することにより、温度補正されたプローブオフセットＳ１２Ｔが得られる。
【0080】
屈曲スタイラス５５０の線膨張係数をｋ２とし、現時点の温度Ｔにおける胴体軸５５２および脚軸５５３の長さをＬ２Ｔ、Ｌ３Ｔとする。
Ｌ２Ｔ＝Ｌ２＋ΔＬ２＝Ｌ２（１＋ｋ２ΔＴ）
Ｌ３Ｔ＝Ｌ３＋ΔＬ３＝Ｌ３（１＋ｋ２ΔＴ）
Ｌ２Ｔ＝Ｌ２＋ΔＬ２＝Ｌ２（１＋ｋ２ΔＴ）
Ｌ３Ｔ＝Ｌ３＋ΔＬ３＝Ｌ３（１＋ｋ２ΔＴ）
【0081】
温度補正後のオフセットテーブルＳ１２Ｔは、温度補正後のＬ１Ｔ、Ｌ２Ｔ、Ｌ３Ｔをモデルに代入することで得られる。
【0082】
温度補正後のオフセットテーブルＳ１２Ｔ＝（Ｓ１２ＴＸ、Ｓ１２ＴＹ、Ｓ１２ＴＺ）
【0083】
Ｓ１２ＴＸ＝－Ｌ３Ｔ・Ｃｏｓ（α１ｒ）・Ｓｉｎ（β１）・Ｓｉｎ（β２）－Ｓｉｎ（α１ｒ）｛Ｌ３Ｔ・Ｃｏｓ（－α２ｒ）・Ｓｉｎ（β１）・Ｃｏｓ（β２）＋Ｓｉｎ（－α２ｒ）（Ｌ３Ｔ・ｃｏｓ（β１）＋Ｌ２Ｔ）｝
【0084】
Ｓ１２ＴＹ＝－Ｌ３Ｔ・Ｓｉｎ（α１ｒ）・Ｓｉｎ（β１）・Ｓｉｎ（β２）＋Ｃｏｓ（α１ｒ）｛Ｌ３Ｔ・Ｃｏｓ（－α２ｒ）・Ｓｉｎ（β１）・Ｃｏｓ（β２）＋Ｓｉｎ（－α２ｒ）（Ｌ３Ｔ・Ｃｏｓ（β１）＋Ｌ２Ｔ）｝
【0085】
Ｓ１２ＴＺ＝Ｌ３Ｔ・Ｓｉｎ（α１ｒ）・Ｓｉｎ（β１）・Ｃｏｓ（β２）－Ｃｏｓ（－α２ｒ）（Ｌ３Ｔ・Ｃｏｓ（β１）＋Ｌ２Ｔ）＋Ｌ１Ｔ
【0086】
温度補正部６４０は、温度補正後のオフセットテーブルＳ１２Ｔを補正時の温度データと合わせて、補正テーブル格納部６２１に格納する。
【0087】
（補正測定値の算出）
測定環境温度が校正時の温度からΔＴ変化して温度Ｔになっているとする。
この温度環境で測定対象物（ワーク）の形状測定を屈曲スタイラス５５０で行う際、形状解析部６３０は、温度補正された補正テーブルを用い、温度補正された測定値を得る。
測定値を求める動作は形状解析部６３０で次のように実行される。
マシンの読み値Ｍ（ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ）に第１チップ用補正テーブルＳ１Ｔを加味することで、温度補正された第１チップ５３０Ａの中心座標が（仮想的に）得られる。そして、第１チップ５３０Ａの中心座標に温度補正後のオフセットテーブルＳ１２Ｔを加味して、校正対象とした変更形態時における温度補正された第２チップ５５０Ａの中心座標が（仮想的に）得られる（図１３参照）。さらに、測定値のサンプリングとしては、第１、第２回転機構部５２０の回転角α１、α２があるから、参照基準角（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｇｌｅ）α１ｒ、α２ｒからの回転分（α１－α１ｒ）、（α２－α２ｒ）だけ回転した位置に現在の測定チップの中心がある。
さらに、アプローチ方向とチップ径を加味したところにワーク（測定対象物）の表面がある。
測定環境温度が校正時の温度からΔＴ変化して温度Ｔになっているとする。
この温度環境で測定対象物（ワーク）の形状測定を屈曲スタイラス５５０で行う際、形状解析部６３０は、温度補正された補正テーブルを用い、温度補正された測定値を得る。
測定値を求める動作は形状解析部６３０で次のように実行される。
マシンの読み値Ｍ（ＭＸ、ＭＹ、ＭＺ）に第１チップ用補正テーブルＳ１Ｔを加味することで、温度補正された第１チップ５３０Ａの中心座標が（仮想的に）得られる。そして、第１チップ５３０Ａの中心座標に温度補正後のオフセットテーブルＳ１２Ｔを加味して、校正対象とした変更形態時における温度補正された第２チップ５５０Ａの中心座標が（仮想的に）得られる（図１３参照）。さらに、測定値のサンプリングとしては、第１、第２回転機構部５２０の回転角α１、α２があるから、参照基準角（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｇｌｅ）α１ｒ、α２ｒからの回転分（α１－α１ｒ）、（α２－α２ｒ）だけ回転した位置に現在の測定チップの中心がある。
さらに、アプローチ方向とチップ径を加味したところにワーク（測定対象物）の表面がある。
【0088】
なお、ここまではプローブユニット５００の線膨張の補正であるが、このあとさらに、エンコーダのスケールの線膨張分も加味（減じて）して、例えば、校正時の温度や決められた規定の温度（２０度や２５度など）に補正した測定値を求めるようにしてもよい。
【0089】
以上のように説明した本実施形態によれば、従来対応してこなかったプローブ（スタイラス）の線膨張分を補正し、正確な測定値を得ることができる。
また、測定環境の温度変化があったとしても本実施形態のプローブユニット５００の温度補正によって正確な測定値を得ることができるから、すべてのプローブ（スタイラス）や変更形態について頻繁に校正しなければならないということはなく、校正の回数をかなり減じることができる。
また、校正作業をするとしても、すべてのプローブやすべての変更形態についての校正の回数は少なくして、定期的な校正としては基準スタイラス５３０のみの校正だけを実施し、適宜必要に応じてその他（第２チップなど）の校正を行うとしてもよいだろう。
また、測定環境の温度変化があったとしても本実施形態のプローブユニット５００の温度補正によって正確な測定値を得ることができるから、すべてのプローブ（スタイラス）や変更形態について頻繁に校正しなければならないということはなく、校正の回数をかなり減じることができる。
また、校正作業をするとしても、すべてのプローブやすべての変更形態についての校正の回数は少なくして、定期的な校正としては基準スタイラス５３０のみの校正だけを実施し、適宜必要に応じてその他（第２チップなど）の校正を行うとしてもよいだろう。
【0090】
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。
上記実施形態では、二軸のプローブユニット５００を例示したが、プローブユニット５００自体に回転駆動軸が必須というわけではない。
本発明は、基準スタイラス５３０の第１チップ５３０Ａからオフセットをもつ測定チップで測定を行うような場合に広く適用できると考えられる。
上記実施形態では、二軸のプローブユニット５００を例示したが、プローブユニット５００自体に回転駆動軸が必須というわけではない。
本発明は、基準スタイラス５３０の第１チップ５３０Ａからオフセットをもつ測定チップで測定を行うような場合に広く適用できると考えられる。
【符号の説明】
【0091】
１００ 形状測定システム
２００ 三次元測定機
２１０ 定盤
２１１ マスターゲージ
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
３００ モーションコントローラ
３１０ 測定指令取得部
３３０ カウンタ部
３４０ 駆動指令生成部
３５０ 駆動制御部
５００ プローブユニット
５０１ プローブヘッド本体部
５０２ プローブ固定部
５１０ 第１回転機構部
５１１ 第１ハウジング
５１２ 第１モータ
５１３ 第１シャフト
５２０ 第２回転機構部
５２１ 第２ハウジング
５２２ 第２モータ
５２３ 第２シャフト
５２４ Ｕ型連結フレーム
５３０ 基準スタイラス
５３０Ａ 測定チップ（第１チップ）
５５０ 屈曲スタイラス
５５０ スタイラス
５５０Ａ 測定チップ（第２チップ）
５５１ 屈曲点
５５２ 胴体軸
５５３ 脚軸
６００ ホストコンピュータ
６１１ ＣＰＵ
６２０ 記憶部
６２１ 補正テーブル格納部
６３０ 形状解析部
６４０ 温度補正部。
２００ 三次元測定機
２１０ 定盤
２１１ マスターゲージ
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
３００ モーションコントローラ
３１０ 測定指令取得部
３３０ カウンタ部
３４０ 駆動指令生成部
３５０ 駆動制御部
５００ プローブユニット
５０１ プローブヘッド本体部
５０２ プローブ固定部
５１０ 第１回転機構部
５１１ 第１ハウジング
５１２ 第１モータ
５１３ 第１シャフト
５２０ 第２回転機構部
５２１ 第２ハウジング
５２２ 第２モータ
５２３ 第２シャフト
５２４ Ｕ型連結フレーム
５３０ 基準スタイラス
５３０Ａ 測定チップ（第１チップ）
５５０ 屈曲スタイラス
５５０ スタイラス
５５０Ａ 測定チップ（第２チップ）
５５１ 屈曲点
５５２ 胴体軸
５５３ 脚軸
６００ ホストコンピュータ
６１１ ＣＰＵ
６２０ 記憶部
６２１ 補正テーブル格納部
６３０ 形状解析部
６４０ 温度補正部。
【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】