特許 7742016 形状測定機及びその校正方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-09-10

(45)【発行日】2025-09-19

(54)【発明の名称】形状測定機及びその校正方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 21/20 20060101AFI20250911BHJP

   G01B 5/00 20060101ALI20250911BHJP

   G01B 5/20 20060101ALI20250911BHJP

   G01B 11/24 20060101ALI20250911BHJP

【ＦＩ】

G01B21/20 C

G01B21/20 D

G01B5/00 P

G01B5/20 C

G01B5/20 R

G01B11/24 A

G01B11/24 R

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2021147654

(22)【出願日】2021-09-10

(65)【公開番号】P2023040576

(43)【公開日】2023-03-23

【審査請求日】2024-08-06

(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】100140992

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 憲政

(74)【代理人】

【識別番号】100170069

【弁理士】

【氏名又は名称】大原 一樹

(74)【代理人】

【識別番号】100128635

【弁理士】

【氏名又は名称】松村 潔

(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】森井 秀樹

【審査官】國田 正久

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１５／００４９１８６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－０８５４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－１３１２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０３６１３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１７４７７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－０１９６７１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｂ ２１／００ － ２１／３２

Ｇ０１Ｂ ５／００ － ５／３０

Ｇ０１Ｂ １１／００ － １１／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１測定面及び第２測定面を有する又は設定可能な校正用標準器が保持されるステージと、
回転軸を中心に前記ステージを回転させるステージ回転機構と、
第１の方向に沿う変位を検出可能なプローブと、
前記ステージの表面の画像を撮影可能なステージ撮影カメラと、
前記プローブを前記第１の方向に移動させる第１直動機構と、
前記プローブ及び前記ステージ撮影カメラが取り付けられており、前記プローブ及び前記ステージ撮影カメラを、前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿って移動させる第２直動機構と、
前記ステージ撮影カメラを前記第２の方向に沿う少なくとも２点に移動させ、前記少なくとも２点における前記校正用標準器の前記第１測定面を検出し、前記第１測定面の検出結果に基づいて前記ステージ回転機構を制御して、前記第１測定面を前記第２の方向に平行にする制御部と、
前記ステージとともに回転可能に設けられた回転カメラとを備え、
前記制御部は、前記ステージを移動させて、前記第１測定面を前記回転軸に一致させ、前記回転カメラにより撮影した前記プローブの画像に基づいて、前記プローブの中心軸を検出し、前記プローブの中心軸を前記ステージの回転軸に一致させ、前記プローブの中心軸を前記ステージの回転軸に一致させた後、前記第１の方向に沿って、前記プローブの半径と最小ワーキングディスタンスとの和以上の距離だけ前記校正用標準器から前記プローブを離れさせた後、前記プローブが前記第１測定面に対向する位置に前記プローブを下降させる、形状測定機。

【請求項2】

第１測定面及び第２測定面を有する又は設定可能な校正用標準器をステージに保持するステップと、
プローブが変位を検出可能な方向である第１の方向に垂直な第２の方向に沿って、前記ステージの表面の画像を撮影可能なステージ撮影カメラを少なくとも２点に移動させ、前記少なくとも２点における前記校正用標準器の前記第１測定面を検出するステップと、
前記第１測定面の検出結果に基づいてステージ回転機構を制御して、前記第１測定面を前記第２の方向に平行にするステップと、
前記ステージを移動させて、前記第１測定面を前記ステージの回転軸に一致させるステップと、
前記ステージとともに回転可能に設けられた回転カメラにより撮影した前記プローブの画像に基づいて、前記プローブの中心軸を検出し、前記プローブの中心軸を前記ステージの回転軸に一致させるステップと、
前記プローブの中心軸を前記ステージの回転軸に一致させた後、前記第１の方向に沿って、前記プローブの半径と最小ワーキングディスタンスとの和以上の距離だけ前記校正用標準器から前記プローブを離れさせた後、前記プローブが前記第１測定面に対向する位置に前記プローブを下降させるステップと、
を備える形状測定機の校正方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は形状測定機及びその校正方法に係り、特にワークの形状を測定するための形状測定機の校正に用いる形状測定機及びその校正方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、プローブとワークとを回転軸を中心に相対的に回転させることにより、ワークの形状（真円度等）を測定する形状測定機が知られている。例えば、特許文献１には、回転テーブル上に載置された円筒形状のワークの中心孔の内面及び側面の形状を非接触で測定する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１０－０１４６５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような形状測定機では、非接触式の光学センサを備えたプローブを用いて校正用標準器の形状を測定し、プローブの出力信号と実際の校正された変位量とを関連付ける倍率校正という作業を行う必要がある（例えば、日本産業規格（Japanese Industrial Standards）ＪＩＳ Ｂ７４５１：１９９７附属書２参照）。

【0005】

倍率校正を行う際には、顕微鏡等を用いてプローブの先端位置及びその近傍を目視で確認しながら、校正用標準器とプローブとの相対位置を調整する。この際、オペレータの操作ミス等により、校正用標準器にプローブが接触（衝突）してプローブが破損するおそれがある。

【0006】

さらに、目視による位置確認を要するため、校正作業を自動化することが困難であり、校正作業の精度がオペレータの技量に依存するという問題がある。

【0007】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、形状測定機の校正（倍率校正）における校正用標準器へのプローブの接触を防止し、校正作業の自動化を実現可能な形状測定機及びその校正方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る形状測定機は、第１測定面及び第２測定面を有する又は設定可能な校正用標準器が保持されるステージと、回転軸を中心にステージを回転させるステージ回転機構と、第１の方向に沿う変位を検出可能なプローブと、ステージの表面の画像を撮影可能なステージ撮影カメラと、プローブを第１の方向に移動させる第１直動機構と、プローブ及びステージ撮影カメラが取り付けられており、プローブ及びステージ撮影カメラを、第１の方向に垂直な第２の方向に沿って移動させる第２直動機構と、ステージ撮影カメラを第２の方向に沿う少なくとも２点に移動させ、少なくとも２点における校正用標準器の第１測定面を検出し、第１測定面の検出結果に基づいてステージ回転機構を制御して、第１測定面を第２の方向に平行にする制御部とを備える。

【0009】

本発明の第２の態様に係る形状測定機は、第１の態様において、制御部は、ステージを移動させて、第１測定面を回転軸に一致させる。

【0010】

本発明の第３の態様に係る形状測定機は、第１又は第２の態様において、ステージとともに回転可能に設けられた回転カメラを備え、制御部は、回転カメラにより撮影したプローブの画像に基づいて、プローブの中心軸を検出し、プローブの中心軸をステージの回転軸に一致させる。

【0011】

本発明の第４の態様に係る形状測定機は、第１から第３の態様のいずれかにおいて、制御部は、プローブの中心軸をステージの回転軸に一致させた後、第１の方向に沿って、プローブの半径と最小ワーキングディスタンスとの和以上の距離だけ校正用標準器からプローブを離れさせた後、プローブが第１測定面に対向する位置にプローブを下降させる。

【0012】

本発明の第５の態様に係る形状測定機の校正方法は、第１測定面及び第２測定面を有する又は設定可能な校正用標準器をステージに保持するステップと、プローブが変位を検出可能な方向である第１の方向に垂直な第２の方向に沿って、ステージの表面の画像を撮影可能なステージ撮影カメラを少なくとも２点に移動させ、少なくとも２点における校正用標準器の第１測定面を検出するステップと、第１測定面の検出結果に基づいてステージ回転機構を制御して、第１測定面を第２の方向に平行にするステップとを備える。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、校正用標準器へのプローブの接触を防止し、校正作業の自動化を実現することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、本発明の第１の実施形態に係る形状測定機を示す正面図である。

【図2】図２は、本発明の第１の実施形態に係る形状測定機の制御系を示すブロック図である。

【図3】図３は、本発明の第１の実施形態に係る形状測定機の校正方法を説明するための平面図（上面図）である。

【図4】図４は、本発明の第１の実施形態に係る形状測定機の校正方法を示すフローチャートである。

【図5】図５は、校正用標準器の位置決め工程を示すフローチャートである。

【図6】図６は、校正用標準器の基準面の傾きθの算出手順を説明するための平面図である。

【図7】図７は、校正用標準器の基準面の傾きθの算出手順を説明するための平面図である。

【図8】図８は、校正用標準器の位置調整を説明するための平面図である。

【図9】図９は、第１カメラによるプローブの撮影位置の一例を示した図である。

【図10】図１０は、各撮影位置におけるカメラの撮影画像の一例を示した説明図である。

【図11】図１１は、第１撮影画像と第３撮影画像との合成画像を示した図である。

【図12】図１２は、第２撮影画像と第４撮影画像との合成画像を示した図である。

【図13】図１３は、校正用標準器とプローブの相対位置決め工程を説明するための図である。

【図14】図１４は、倍率校正工程を説明するための図である（ブロックゲージ）。

【図15】図１５は、倍率校正工程を説明するための図である（ネジ式の倍率校正器）。

【図16】図１６は、倍率校正誤差を説明するための図である。

【図17】図１７は、本発明の第２の実施形態に係る校正用標準器の位置決め工程を説明するための図である。

【図18】図１８は、本発明の第２の実施形態に係る校正用標準器の位置決め工程を説明するための図である。

【図19】図１９は、本発明の第２の実施形態に係る校正用標準器の位置決め工程を示すフローチャートである。

【図20】図２０は、本発明の第３の実施形態に係る校正用標準器の位置決め工程を示すフローチャートである。

【図21】図２１は、Ｙベクトルの登録工程を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、添付図面に従って本発明に係る形状測定機及びその校正方法の実施の形態について説明する。

【0016】

［第１の実施形態］
（形状測定機）
まず、形状測定機の概略構成について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明の第１の実施形態に係る形状測定機を示す正面図である。

【0017】

図１に示す形状測定機１０は、ワークＷの外形及び円筒状のワークに形成された細穴の内面形状（真円度等）を測定可能な装置である。ワークに形成された細穴は、例えば、ワークの中心軸に沿って形成された貫通穴であり、細穴の内径は、極小径（例えば、内径が５００μｍ以下）である。図１において、ＸＹＺ方向は互いに直交しており、Ｘ方向は水平方向、Ｙ方向はＸ方向に直交する水平方向、Ｚ方向は鉛直方向である。

【0018】

図１に示すように、形状測定機１０は、本体ベース１２、ステージ回転機構１４、ステージ１８、コラム２０、キャリッジ２２、第１アーム２４Ｘ、第２アーム２４Ｙ、変位検出器２６、検出器駆動機構２８及び制御装置５０を備える。

【0019】

ステージ回転機構（高精度回転機構）１４は、ワークＷを回転軸Ｃ周りに回転させるための回転機構であり、後述するステージ１８をＺ方向に平行な回転軸Ｃを中心に高精度に回転させるものである。ステージ回転機構１４は、本体ベース１２上に回転可能に設けられた回転体１６を備えており、回転体１６の上面にステージ１８が支持されている。ステージ回転機構１４は、回転軸Ｃを中心に回転体１６を高精度に回転させるモータ（不図示）と、回転体１６の回転角度を検出するエンコーダ（不図示）とを備える。

【0020】

ステージ１８は、ワークＷを載置するものである。ステージ１８は、ワークＷを直接支持固定するものであってもよいし、ワーク設置治具（不図示）を介してワークＷを支持固定するものであってもよい。

【0021】

ステージ１８は、回転体１６の支持面（上面）に支持されており、回転体１６と一体となって回転軸Ｃを中心に回転可能に構成される。これにより、ステージ１８に支持固定されたワークＷは、ステージ１８と一体となって回転軸Ｃを中心に回転可能である。なお、回転体１６は「ステージ回転機構」の一例である。

【0022】

ステージ１８は、直動機構と、傾斜機構（チルチング機構）とを備えている（いずれも不図示）。直動機構は、不図示のモータの駆動によりステージ１８をＸ方向及びＹ方向に移動させて、回転軸Ｃに直交するＸＹ平面（水平面）におけるステージ１８の位置を調整させる。傾斜機構は、不図示のモータの駆動によりステージ１８をＸ方向及びＹ方向の周りに回転させて、ＸＹ平面に対するステージ１８の傾きを調整する。

【0023】

本体ベース１２上には、Ｚ方向に平行に延びるコラム（支柱）２０が立設される。コラム２０は、下端部が本体ベース１２の上面に固定される。

【0024】

キャリッジ２２は、Ｚ方向に移動可能にコラム２０に支持される。キャリッジ２２は、不図示のモータの駆動によりＺ方向に移動可能に構成される。

【0025】

第１アーム２４Ｘは、Ｘ方向に移動可能にキャリッジ２２により支持される。第２アーム２４Ｙは、Ｙ方向に移動可能に第１アーム２４Ｘにより支持される。第１アーム２４Ｘ及び第２アーム２４Ｙは、第１直動機構７０Ｘ及び第２直動機構７０Ｙ（図２参照）によりそれぞれ水平方向（ＸＹ方向）に移動可能に構成される。第１直動機構７０Ｘ及び第２直動機構７０Ｙは、それぞれ第１アーム２４Ｘ及び第２アーム２４Ｙを水平方向に移動させるための駆動源（モータ等）を備えている。

【0026】

第１アーム２４Ｘ及びコラム２０の側面には、それぞれＸ方向及びＺ方向に沿ってスケールが設けられている。制御装置５０（制御部の一例）は、このスケールの目盛を不図示のセンサを用いて読み取ることにより、プローブ３０のＺＸ方向の位置を検出可能となっている。

【0027】

変位検出器２６は、検出器駆動機構２８を介して第２アーム２４Ｙに支持される。変位検出器２６はプローブ３０を有する。プローブ３０は、ワークの表面（外表面又はワークに形成された穴の内面）の形状を検出するものである。本実施形態に係るプローブ３０は、ワークの表面に接触することなく、ワークの表面形状を検出可能な非接触式のプローブである。

【0028】

非接触式のプローブ３０の種類は、ワークの表面に接触することなく、その表面形状を検出することができるものであれば特に限定されない。非接触式のプローブとしては、例えば、レーザー干渉計、白色干渉計、ＳＤ－ＯＣＴ（Spectral Domain-Optical Coherence Tomography）又はＳＳ－ＯＣＴ（Swept Source-Optical Coherence Tomography）等の各種手法が適用されたプローブを用いることができる。

【0029】

なお、以下の説明では、非接触式のプローブの例について説明するが、プローブ３０の種類は、非接触式のものに限定されない。プローブ３０は、その先端部をワークの表面に接触させてワークの表面形状を検出可能な接触式のプローブであってもよい。接触式のプローブは、ワークの表面に接触可能な接触子を有し、ワークの表面に接触させたときの接触子の変位を検出することにより内面形状を検出するものである。接触式のプローブとしては、例えば、ＬＶＤＴ（Linear Variable Differential Transformer）、干渉計、光三角測量方式、薄膜歪み測定等の各種手法が適用されたプローブを用いることができる。また、接触式のプローブとしては、共振周波数で接触式プローブの接触子を加振しておき、接触によって共振点が変化することを利用する方式を適用してもよい。

【0030】

検出器駆動機構２８は、第２アーム２４Ｙと変位検出器２６との間に介在して設けられている。検出器駆動機構２８は、直動機構と、傾斜機構とを備えている（いずれも不図示）。直動機構は、不図示のモータの駆動により変位検出器２６をＸ方向及びＹ方向に移動させて、回転軸Ｃに直交するＸＹ平面（水平面）におけるプローブ３０の位置を調整させる。傾斜機構は、不図示のモータの駆動により変位検出器２６をＸ方向及びＹ方向の周りに回転させて、ＸＹ平面に対するプローブ３０の傾きを調整する。したがって、検出器駆動機構２８（直動機構及び傾斜機構）によってプローブ３０の水平方向（Ｘ方向及びＹ方向）の位置及び傾斜を調整することにより、プローブ３０と回転軸Ｃとの相対的な位置合わせ（プローブアライメント）を行うことが可能となる。

【0031】

また、検出器駆動機構２８は、回転軸（プローブ回転軸）ＡＸの周りに回転させるための駆動源（例えば、モータ等）を備えている。検出器駆動機構２８は、「プローブ回転機構」の一例である。

【0032】

図１に示すように、ステージ１８の表面には、カメラ支持部１８Ａが固定されており、カメラ支持部１８Ａには、第１カメラＣＡＭ１が取り付けられている。第１カメラＣＡＭ１は、ステージ１８の回転に伴い回転可能となっており、ステージ１８の表面に載置されたワーク等を撮影可能となっている。なお、図１では、第１カメラＣＡＭ１は、ステージ１８上に設けられているが、本発明はこれに限定されない。例えば、回転軸Ｃ周りに回転可能であれば、ステージ１８から離れて設けられていてもよい。

【0033】

また、第２アーム２４Ｙには、第２カメラＣＡＭ２が固定されており、第２カメラＣＡＭ２は、第２アーム２４ＹとともにＹ方向に直動移動可能となっており、ステージ１８の表面に載置されたワーク等を上方から撮影可能となっている。

【0034】

第１カメラＣＡＭ１及び第２カメラＣＡＭ２は、それぞれ回転カメラ及びステージ撮影カメラの一例である。第１カメラＣＡＭ１及び第２カメラＣＡＭ２としては、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ等を用いることができる。

【0035】

形状測定機１０の校正を行う場合には、図１に示すように、ステージ１８の表面に保持部１８Ｂ（例えば、クランプ機構又は把持機構を含む。）を固定し、校正用標準器（倍率校正器。例えば、ブロックゲージ等。以下、マスタＭ１という。）をこの保持部１８Ｂに保持する。そして、第１カメラＣＡＭ１及び第２カメラＣＡＭ２は、ステージ１８に保持されたマスタＭ１の撮影を行い、マスタＭ１の姿勢を調整した後にマスタＭ１の測定を行う。なお、本実施形態に係る校正方法については後述する。

【0036】

（形状測定機の制御系）
図２は、本発明の第１の実施形態に係る形状測定機の制御系を示すブロック図である。

【0037】

制御装置５０は、形状測定機１０の各部の動作（ワークの表面形状の測定動作や後述するプローブアライメント動作などを含む）を制御する。制御装置５０は、例えば、パーソナルコンピュータ又はマイクロコンピュータ等の汎用のコンピュータによって実現される。制御装置５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ストレージデバイス（例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）又はＳＳＤ（Solid State Drive）等）及び入出力インターフェース等を備えている。制御装置５０では、ストレージデバイスに記憶されている制御プログラム等の各種プログラムがＲＡＭに展開され、ＲＡＭに展開されたプログラムがＣＰＵによって実行されることにより、形状測定機１０内の各部の機能が実現され、入出力インターフェースを介して各種の演算処理又は制御処理が実行される。

【0038】

制御装置５０には、ユーザからの操作入力を受け付ける操作部５２（例えば、キーボード及びマウス等）と、操作ＵＩ（User Interface）及び検出結果を表示するための表示部５４とが設けられている。

【0039】

図２に示すように、制御装置５０は、変位演算部５６及び駆動制御部５８を備えている。

【0040】

変位演算部５６は、変位検出器２６が検出したワークの表面の変位の検出結果に基づいてワークの変位を算出し、ワークの表面の形状（例えば、ワークの外形又は穴の真円度等）を測定する。

【0041】

駆動制御部５８は、第１直動機構７０Ｘ、第２直動機構７０Ｙ、検出器駆動機構２８及びステージ回転機構１４を制御して、ワークとプローブ３０の相対位置を調整する。

【0042】

（倍率校正方法）
次に、形状測定機１０における倍率校正方法の概要について説明する。図３は、形状測定機１０の校正方法を説明するための平面図（上面図）である。

【0043】

図３に示すように、マスタＭ１は、耐久性のある材料で作成されており、長方形断面で、相互に平行な２つの測定面（第１測定面Ｒ１及び第２測定面Ｒ２）を有するブロックゲージである（例えば、国際標準化機構（International Organization for Standardization）ＩＳＯ３６５０：１９９８、ＪＩＳ Ｂ７５０６：２００４参照）。マスタＭ１の第１測定面Ｒ１及び第２測定面Ｒ２の段差量Ｇ１は、校正済みの既知の値である。以下、第１測定面Ｒ１及び第２測定面Ｒ２をそれぞれ基準面Ｒ１及び測定面Ｒ２と記載する場合がある。なお、以下の説明では、第１測定面Ｒ１を基準面とする例について説明するが、本発明はこれに限定されず、第２測定面Ｒ２を基準面とすることも可能である。

【0044】

なお、本実施形態では、２つの測定面（第１測定面Ｒ１及び第２測定面Ｒ２）を有するマスタＭ１を用いる例について説明するが、本発明はこれに限定されない。例えば、３つ以上の測定面を有するブロックゲージを用いてもよいし、基準面に対して測定面をスライド移動可能な校正用標準器（ネジ式の倍率校正器等。例えば、ＪＩＳ Ｂ７４５１：１９９７参照）を用いてもよい。すなわち、本実施形態に係る校正用標準器は、少なくとも２つの測定面を有するか又は設定可能なものであればよい。

【0045】

形状測定機１０の倍率校正を行う場合、まず、マスタＭ１が、ステージ１８の保持部１８Ｂに保持される。そして、ステージ回転機構１４等を制御して、マスタＭ１の基準面Ｒ１がＹ方向に平行になるように、マスタＭ１の姿勢が調整される。

【0046】

次に、第２直動機構７０Ｙを制御して、プローブ３０のＹ方向位置を調整しながら、プローブ３０により、マスタＭ１の２つの測定面Ｒ１及びＲ２に対してそれぞれ測定光Ｂ１を出射し、マスタＭ１からの反射光を検出してマスタＭ１の形状測定を行う。そして、マスタＭ１からの反射光の検出結果と、マスタＭ１の既知の段差量ｄとを用いて倍率校正を行う。

【0047】

次に、本実施形態に係る倍率校正方法の詳細について、図４以降を参照して説明する。図４は、形状測定機１０の校正方法を示すフローチャートである。

【0048】

まず、マスタＭ１がステージ１８の保持部１８Ｂに保持される。そして、第２アーム２４Ｙに取り付けられた第２カメラＣＡＭ２により撮影したステージ１８の表面及びマスタＭ１の画像を用いて、マスタＭ１の設置位置及び設置角度の位置決めを行う（ステップＳ１０）。

【0049】

次に、ステージ１８上に取り付けられた第１カメラＣＡＭ１により撮影したプローブ３０の画像を用いて、プローブ３０の位置及び角度がステージ回転機構１４の回転軸に一致するように位置決めを行う（ステップＳ１２）。

【0050】

次に、プローブ３０とマスタＭ１との間の距離が、プローブ３０のワーキングディスタンスの範囲内となるように、マスタＭ１とプローブ３０の相対位置を調整する（ステップＳ１４）。ここで、プローブ３０のワーキングディスタンスとは、プローブ３０によって測定可能な距離の範囲である。例えば、非接触式（例えば、ＴｏＦ（Time-of-Flight）方式）のプローブの場合、ワーキングディスタンスは、測定光の到達距離、反射光の検出精度及び外乱光の影響等に依存する。一方、接触式のプローブの場合、ワーキングディスタンスは、プローブの先端部の可動範囲に依存する。

【0051】

次に、第２直動機構７０Ｙを制御して、マスタＭ１に対してプローブ３０のＹ方向位置を調整しながら、プローブ３０により、マスタＭ１の２つの測定面Ｒ１及びＲ２に対してそれぞれ測定光Ｂ１を出射し、マスタＭ１からの反射光を検出してマスタＭ１の形状測定を行う。そして、マスタＭ１からの反射光の検出結果と、マスタＭ１の既知の段差量ｄとを用いて倍率校正を行う（ステップＳ１６）。

【0052】

以下、図４に示したフローチャートの各工程について詳しく説明する。

【0053】

（校正用標準器の位置決め）
次に、マスタＭ１の位置決め工程（ステップＳ１０）について説明する。図５は、マスタＭ１の位置決め工程を示すフローチャートである。

【0054】

図５に示す例では、まず、マスタＭ１の角度調整を行い（ステップＳ１００～Ｓ１０８）、その次にマスタＭ１の位置調整を行う（ステップＳ１１０）。具体的には、以下のようにして各工程を行う。

【0055】

まず、第２カメラＣＡＭ２を用いて、マスタＭ１がステージ１８の保持部１８Ｂに保持されたマスタＭ１の基準面Ｒ１の画像ＰＩ１を撮影する（ステップＳ１００）。次に、第２直動機構７０Ｙにより第２カメラＣＡＭ２をＹ方向に移動させて（ステップＳ１０２）、第２カメラＣＡＭ２を用いて、移動後のマスタＭ１の基準面Ｒ１の画像ＰＩ２を撮影する（ステップＳ１０４）。

【0056】

次に、画像ＰＩ１及びＰＩ２とＹ方向移動量から、Ｙ方向に対する基準面Ｒ１の傾きθを算出し（ステップＳ１０６）、ステージ回転機構１４によりステージ１８を角度θ回転させて、マスタＭ１の基準面Ｒ１をＹ方向に平行にする（ステップＳ１０８）。

【0057】

図６及び図７は、Ｙ方向に対する基準面Ｒ１の傾きθの算出手順を説明するための平面図である。

【0058】

図６及び図７では、ステップＳ１０２のＹ方向移動の軌跡をベクトルＹにより示している。Ｙ方向移動前後のマスタＭ１の基準面Ｒ１の位置をそれぞれＲ１（Ｙ１）及びＲ２（Ｙ２）とする。

【0059】

図７に示すように、ＸＹ座標系に対して傾いた２次元直交座標系としてＡＢ座標系を設定すると、Ｙ方向移動前後の基準面Ｒ１（Ｙ１）及びＲ２（Ｙ２）に沿う直線をそれぞれ下記の式（１）及び（２）により表すことができる。

【0060】

Ｒ１（Ｙ１）： Ａ＝ａ×Ｂ＋ｂ_２ …（１）
Ｒ１（Ｙ２）： Ａ＝ａ×Ｂ＋ｂ_１ …（２）
図７に示すように、ベクトルＹの長さ（Ｙ方向移動量）をＹ、Ｂ方向に対する基準面Ｒ１の傾きをθ_１、Ｂ方向に対するＹ方向の傾きをθ_２とすると、幾何学的な関係から下記の式（３）～（７）が得られる。

【0061】

θ＝θ_１＋θ_２ …（３）
ａ＝tanθ_１ …（４）
Ｌ_１＝Ｙsinθ_２ …（５）
Ｌ_２＝Ｙcosθ_２×ａ …（６）
Ｌ_１＋Ｌ_２＝（ｂ_２－ｂ_１） …（７）
上記関係式から、Ｙ方向に対する基準面Ｒ１の傾きθを既知の変数ａ、ｂ_１、ｂ_２及びＹを用いて計算することができる。

【0062】

簡単のため、微小角近似を用いると、式（５）～式（７）から下記の式（８）が得られる。

【0063】

Ｙθ_２＋Ｙ×（１－（１／２）θ_２ ^２）×ａ＝（ｂ_２－ｂ_１） …（８）
式（８）を変形すると、下記の式（９）が得られる。

【0064】

（ａ／２）θ_２ ^２－θ_２＋（ｂ_２－ｂ_１）／Ｙ－ａ＝０ …（９）
上記の２次方程式（９）を解いて、式（４）とともに式（１）に代入することにより、Ｙ方向に対する基準面Ｒ１の傾きθを計算することができる。

【0065】

上記のようにして求めた角度θだけマスタＭ１を回転させることにより、マスタＭ１の基準面Ｒ１をＹ方向に平行にすることができる（ステップＳ１０８）。

【0066】

次に、ステージ１８の直動機構を用いてマスタＭ１の位置調整を行って、ステージ１８の回転軸Ｃ（回転中心）と基準面Ｒ１とを一致させる（ステップＳ１１０）。

【0067】

ステップＳ１１０では、あらかじめステージ１８の回転軸Ｃの位置を求めておく。次に、第２カメラＣＡＭ２の焦点位置をマスタＭ１の基準面Ｒ１に合わせる。そして、図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、ステージ１８の直動機構により、マスタＭ１の基準面Ｒ１をあらかじめ求めた回転軸Ｃに一致するように（位置Ｒ１（２））、マスタＭ１の位置を調整する。

【0068】

なお、ステップＳ１１０では、第２カメラＣＡＭ２によりマスタＭ１の基準面Ｒ１の上下の端部を検出して、ステージ１８の傾斜機構により、マスタＭ１のチルティングを行うようにしてもよい。

【0069】

本実施形態に係るマスタＭ１の位置決め工程によれば、マスタＭ１の位置決め工程によりマスタＭ１を、倍率校正に使用する基準面Ｒ１が第２直動機構７０Ｙの移動軸（Ｙ方向）と平行になるように設置することができ、かつ、基準面Ｒ１をステージ１８の回転軸Ｃと一致するように設置することができる。

【0070】

（プローブの位置決め）
次に、プローブ３０の位置決め工程（ステップＳ１２）について説明する。プローブ３０の位置決め工程では、ステージ１８に設置された第１カメラＣＡＭ１を用いて、プローブ３０のプローブ回転軸ＡＸをステージ１８の回転軸Ｃと一致させる。

【0071】

図９は、第１カメラＣＡＭ１によるプローブ３０の撮影位置の一例を示した図である。図９に示す例では、回転軸Ｃを中心とする第１カメラＣＡＭ１の回転軌道Ｋ上において互いに９０度ずつずれた４つの撮影位置Ｐ１～Ｐ４で、第１カメラＣＡＭ１によるプローブ３０の撮影が行われる。

【0072】

本実施形態において、４つの撮影位置Ｐ１～Ｐ４から第１カメラＣＡＭ１によりプローブ３０を撮影する方向はＸ方向またはＹ方向であり、検出器駆動機構２８においてプローブ３０を直動又は傾斜させる制御方向（移動軸方向）と同一方向となっている。すなわち、第１撮影位置Ｐ１と第３撮影位置Ｐ３は第１方向（Ｙ方向）において互いに対向する位置同士である。また、第２撮影位置Ｐ２と第４撮影位置Ｐ４は第２方向（Ｘ方向）において互いに対向する位置同士である。

【0073】

図１０は、各撮影位置Ｐ１～Ｐ４において第１カメラＣＡＭ１により撮影された撮影画像の一例を示した図である。なお、図１０において、第１撮影画像１００Ａ～第４撮影画像１００Ｄは第１撮影位置Ｐ１～第４撮影位置Ｐ４でそれぞれ撮影された撮影画像である。

【0074】

プローブ３０と回転軸Ｃとの相対ずれが存在する場合、例えば、図１０に示すように、各撮影位置Ｐ１～Ｐ４で第１カメラＣＡＭ１により撮影された撮影画像１００Ａ～１００Ｄにおいて、撮影位置（すなわち、第１カメラＣＡＭ１によるプローブ３０の撮影方向）の違いに応じて、プローブ３０の姿勢（位置及び傾き）が異なる。

【0075】

例えば、第１方向（Ｙ方向）において互いに対向する２つの撮影位置（第１撮影位置Ｐ１及び第３撮影位置Ｐ３）のうち、一方の撮影位置（第１撮影位置Ｐ１）から撮影した第１撮影画像１００Ａでは、プローブ３０Ａは第２方向（Ｘ方向）の一方側に傾いているのに対して、他方の撮影位置（第３撮影位置Ｐ３）から撮影した第３撮影画像１００Ｃでは、プローブ３０Ｃは第２方向（Ｘ方向）の他方側に傾いている。また、第２方向（Ｘ方向）の位置についても互いに反対側に向かってずれている。

【0076】

第２方向（Ｘ方向）において互いに対向する２つの撮影位置（第２撮影位置Ｐ２及び第４撮影位置Ｐ４）においてそれぞれ第２撮影画像１００Ｂと第４撮影画像１００Ｄについても同様であり、プローブ３０Ｂ、３０Ｄの位置及び傾きが互いに反対側にずれている。

【0077】

図１１は、第１方向（Ｙ方向）において互いに対向する２つの撮影位置（第１撮影位置Ｐ１及び第３撮影位置Ｐ３）から撮影した第１撮影画像１００Ａと第３撮影画像１００Ｃとを合成した第１合成画像１０２Ａを示した図である。

【0078】

図１１に示すように、第１撮影画像１００Ａと第３撮影画像１００Ｃとを合成した第１合成画像１０２Ａにおいて、第１撮影画像１００Ａにおけるプローブ３０Ａの中心軸（第１プローブ中心軸）Ｌ１と、第３撮影画像１００Ｃにおけるプローブ３０Ｃの中心軸（第３プローブ中心軸）Ｌ３との間の第１中線ＭＬ１が、ＸＺ平面内における回転軸Ｃの位置（すなわち、第１方向（Ｙ方向）からプローブ３０を見た場合の回転軸Ｃの位置）を示している。なお、第１中線ＭＬ１とは、第１合成画像１０２Ａにおいて、第１プローブ中心軸Ｌ１及び第３プローブ中心軸Ｌ３の横方向（Ｘ方向）の中央を縦方向（Ｚ方向）に通る直線をいう。換言すれば、第１合成画像１０２Ａにおいて、第１プローブ中心軸Ｌ１と第３プローブ中心軸Ｌ３との間を左右（Ｘ方向）に２等分する直線を第１中線ＭＬ１という。

【0079】

第１合成画像１０２Ａにおける第１中線ＭＬ１は、回転軸Ｃの位置を示している。すなわち、第１中線ＭＬ１は、第１合成画像１０２Ａ（ＸＺ平面内）においてプローブ３０の移動目標となる線を示しており、プローブ３０が第１中線ＭＬ１に一致するようにプローブ３０の姿勢（位置Ｄｘ及び傾きα）を調整することで、ＸＺ平面内における回転軸Ｃとプローブ３０との相対ずれをなくすことが可能となる。

【0080】

図１２は、第２方向（Ｘ方向）において互いに対向する２つの撮影位置（第２撮影位置Ｐ２及び第４撮影位置Ｐ４）から撮影した第２撮影画像１００Ｂと第４撮影画像１００Ｄとを合成した合成画像１０２Ｂを示した図である。

【0081】

図１２に示すように、第２撮影画像１００Ｂと第４撮影画像１００Ｄとを合成した第２合成画像１０２Ｂにおいて、第２撮影画像１００Ｂにおけるプローブ３０Ｂの中心軸（第２プローブ中心軸）Ｌ２と、第４撮影画像１００Ｄにおけるプローブ３０Ｄの中心軸（第４プローブ中心軸）Ｌ４との間の第２中線ＭＬ２が、ＹＺ平面内における回転軸Ｃの位置（すなわち、第２方向（Ｘ方向）からプローブ３０を見た場合の回転軸Ｃの位置）を示している。なお、第２中線ＭＬ２とは、第２合成画像１０２Ｂにおいて、第２プローブ中心軸Ｌ２及び第４プローブ中心軸Ｌ４の横方向（Ｘ方向）の中央を縦方向（Ｚ方向）に通る直線をいう。換言すれば、第２合成画像１０２Ｂにおいて、第２プローブ中心軸Ｌ２と第４プローブ中心軸Ｌ４との間を左右（Ｘ方向）に２等分する直線を第２中線ＭＬ２という。

【0082】

第２合成画像１０２Ｂにおける第２中線ＭＬ２は、回転軸Ｃの位置を示している。すなわち、第２中線ＭＬ２は、第２合成画像１０２Ｂ（ＹＺ平面内）においてプローブ３０の移動目標となる線を示しており、プローブ３０が第２中線ＭＬ２に一致するようにプローブ３０の姿勢（位置Ｄｙ及び傾きβ）を調整することで、ＹＺ平面内における回転軸Ｃとプローブ３０との相対ずれをなくすことが可能となる。

【0083】

したがって、回転軸Ｃを中心とする第１カメラＣＡＭ１の回転軌道Ｋ上において互いに９０度ずつずれた４つの撮影位置Ｐ１～Ｐ４において第１カメラＣＡＭ１が撮影した撮影画像に基づき、上述した２つの中線ＭＬ１、ＭＬ２を算出することで、プローブ３０の移動目標となる回転軸Ｃ（回転中心）を検出することができ、回転軸Ｃとプローブ３０との相対ずれを各方向（Ｘ方向及びＹ方向）独立して調整することが可能となる。

【0084】

本実施形態におけるプローブ３０の位置決めでは、制御装置５０は、図１１に示した第１合成画像１０２Ａにおいて、２つのプローブ３０のうちいずれか一方のプローブを基準プローブ（本例では第１撮影画像１００Ａにおけるプローブ３０Ａ）とした場合、第１中線ＭＬ１に対して基準プローブのプローブ中心軸を平行とするための傾斜角（Ｙ方向を中心とする回転角）を傾斜移動量αとして検出する。また、制御装置５０は、基準プローブのプローブ中心軸を傾斜移動量αだけ傾斜させて第１中線ＭＬ１と平行にした場合に、基準プローブのプローブ中心軸を第１中線ＭＬ１に一致させるために必要なＸ方向の移動距離を直動移動量Ｄｘとして検出する。なお、直動移動量Ｄｘは、検出器駆動機構２８におけるＸ方向の移動軸に沿った方向の距離に相当する（図１１参照）。

【0085】

また、制御装置５０は、図１２に示した第２合成画像１０２Ｂにおいて、２つのプローブ３０のうちいずれか一方のプローブを基準プローブ（本例では第２撮影画像１００Ｂにおけるプローブ３０Ｂ）とした場合、第２中線ＭＬ２に対して基準プローブのプローブ中心軸を平行とするための傾斜角（Ｘ方向を中心とする回転角）を傾斜移動量βとして検出する。また、制御装置５０は、基準プローブのプローブ中心軸を傾斜移動量βだけ傾斜させて第２中線ＭＬ２と平行にした場合に、基準プローブのプローブ中心軸を第２中線ＭＬ２に一致させるために必要なＹ方向の移動距離を直動移動量Ｄｙとして検出する。なお、直動移動量Ｄｙは、検出器駆動機構２８におけるＹ方向の移動軸に沿った方向の距離に相当する（図１２参照）。

【0086】

なお、制御装置５０は、エッジ抽出等の公知の画像処理により、各合成画像１０２Ａ、１０２Ｂから、プローブ中心軸Ｃ１～Ｃ４、中線ＭＬ１、ＭＬ２、直動移動量Ｄｘ、Ｄｙ、傾斜移動量α、βを算出することが可能である。

【0087】

このようにして、制御装置５０が、各撮影位置で第１カメラＣＡＭ１が撮影した撮影画像に基づき、プローブ３０と回転軸Ｃとの相対ずれを各方向独立して検出すると、駆動制御部５８が、制御装置５０が検出した結果に基づき、検出器駆動機構２８を制御する。具体的には、駆動制御部５８は、検出器駆動機構２８を制御して、プローブ３０を、Ｘ方向に直動移動量Ｄｘだけ移動させると共にＹ方向に直動移動量Ｄｙだけ移動させ、かつ、Ｘ方向を中心に傾斜移動量βだけ傾斜させると共にＹ方向を中心に傾斜移動量αだけ傾斜させる。なお、検出器駆動機構２８を移動又は傾斜させる方向（向き）は、図１１及び図１２に示した合成画像１０２Ａ、１０２Ｂにおいて、どのプローブを基準プローブとするかに応じて定められる。

【0088】

以上にようにして、駆動制御部５８が、制御装置５０が検出した結果に基づき、検出器駆動機構２８を制御してプローブ３０の姿勢を変化させると、三次元空間内においてプローブ３０と回転軸Ｃとの相対ずれがなくなる。以上により、プローブ３０の基本アライメントが完了する。

【0089】

なお、第１カメラＣＡＭ１の撮影位置は、必ずしも上記の態様に限定されるものではない。例えば、第１カメラＣＡＭ１の回転軌道Ｋ上の少なくとも３つの撮影位置から第１カメラＣＡＭ１によりプローブ３０を撮影するものであってもよい。また、第１カメラＣＡＭ１の撮影方向が検出器駆動機構２８の制御方向（Ｘ方向及びＹ方向）と一致している態様を示したが、必ずしもこの態様に限定されず、例えば、第１カメラＣＡＭ１の撮影方向が検出器駆動機構２８の制御方向とは異なる方向であってもよい。

【0090】

本実施形態に係るプローブ３０の位置決め工程によれば、プローブ３０のプローブ回転軸ＡＸがステージ１８の回転軸Ｃと一致するようにアライメントすることができる。また、本実施形態では、プローブ３０のアライメント精度が第１カメラＣＡＭ１の設置精度に依存しないので、低コストで高精度なプローブアライメントが可能になる。

【0091】

（校正用標準器とプローブとの相対位置決め）
次に、マスタＭ１とプローブ３０の相対位置決め工程（ステップＳ１４）について説明する。図１３は、マスタＭ１とプローブ３０の相対位置決め工程を説明するための図である。

【0092】

図１３の（ａ）に示すように、マスタＭ１の位置決め工程（ステップＳ１０）により、マスタＭ１の基準面Ｒ１とステージ１８の回転軸Ｃとが一致しており、プローブ３０の位置決め工程（ステップＳ１２）により、プローブ３０のプローブ回転軸ＡＸがステージ１８の回転軸Ｃと一致している（位置３０ａ）。

【0093】

マスタＭ１とプローブ３０の相対位置決め工程（ステップＳ１４）では、まず、図１３の（ｂ）に示すように、第１直動機構７０Ｘにより、ステージ１８の回転軸Ｃに対してマスタＭ１の反対側（－Ｘ側）にプローブ３０を移動させる（位置３０ｂ）。ここで、プローブ３０のＸ方向移動量Ｄ_Ｘは、プローブ３０の半径をｒ、プローブ３０の最小ワーキングディスタンスをＷＤとすると、Ｄ_Ｘ≧ｒ＋ＷＤとなる。

【0094】

ここで、プローブ３０の最小ワーキングディスタンスとは、プローブ３０によって測定可能な距離の範囲の最小値である。例えば、非接触式のプローブの場合、ワーキングディスタンスは、測定光の出射開口から、測定光により検出可能なマスタＭ１表面までの最短距離である。一方、接触式のプローブの場合、検出ストロークの中心位置（中立位置）にあるときのプローブの先端部（測定子）の位置から、測定子により検出可能なマスタＭ１表面までの最短距離である。

【0095】

次に、図１３の（ｃ）に示すように、プローブ３０の測定光Ｂ１の出射開口の高さがマスタＭ１の基準面Ｒ１及び測定面Ｒ２の上端よりも低く、かつ、下端よりも高い校正測定位置３０ｃにプローブ３０を下降させる。すなわち、プローブ３０をＹ方向に移動することにより、プローブ３０の測定光Ｂ１の出射開口が基準面Ｒ１及び測定面Ｒ２に対向可能となる位置となるように、プローブ３０を下降させる。これにより、プローブ３０が、マスタＭ１の基準面Ｒ１及び測定面Ｒ２を測定可能な位置に移動される。

【0096】

（倍率校正）
次に、倍率校正工程（ステップＳ１６）について説明する。図１４は、倍率校正工程を説明するための図（平面図及び正面図）である。

【0097】

図１４に示すように、倍率校正工程（ステップＳ１６）では、第２直動機構７０Ｙを制御して、プローブ３０のＹ方向位置を調整して、マスタＭ１の基準面Ｒ１及び測定面Ｒ２に対してそれぞれ測定光Ｂ１を出射し、マスタＭ１からの反射光を検出してマスタＭ１の形状測定を行う。そして、マスタＭ１からの反射光の検出結果と、マスタＭ１の既知の段差量ｄとを用いて倍率校正を行う。

【0098】

なお、図１４では、マスタＭ１としてブロックゲージを用いた例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１５に示すように、ネジ式の倍率校正器Ｍ２（以下、マスタという。）を用いることも可能である。

【0099】

図１５に示すマスタＭ２では、不図示のネジにより測定面が移動可能となっており、ネジの操作による測定面の移動量Ｇ２が校正されている。なお、図１５では、基準面の位置を２つ（Ｒ２１及びＲ２２）のみ図示している。ここで、基準面の位置Ｒ２１及びＲ２２は、第１測定面及び第２測定面の一例である。

【0100】

本実施形態によれば、プローブ３０を校正測定位置３０ｃに移動するときの各工程における移動量を計算で求めることができるので、プローブ３０がマスタ（Ｍ１、Ｍ２）に接触することを回避することができる。また、校正作業の精度がオペレータの技量に依存しない。

【0101】

さらに、本実施形態によれば、各工程が第１カメラＣＡＭ１及び第２カメラＣＡＭ２により撮影した画像の画像処理と、形状測定機１０の装置構成又は画像処理により計算された移動量の動作で構成されているため、目視による確認等が不要となり、校正作業の自動化が可能になる。

【0102】

また、本実施形態では、倍率校正時において、マスタ（Ｍ１、Ｍ２）の測定面（基準面Ｒ１、測定面Ｒ２、Ｒ２１及びＲ２２）がＹ方向（第２の方向）と平行になっている。そして、プローブ３０からの測定光Ｂ１を測定面に対して垂直に（Ｘ方向、第１の方向から）入射させることができるので、より高精度の倍率校正を行うことが可能になる。

【0103】

ここで、倍率校正の精度について、ブロックゲージの場合を例にとって説明する。図１６に示すように、倍率校正時において、マスタＭ１の基準面Ｒ１がＹ方向に対して角度θ傾いている場合、プローブ３０のＹ方向移動量をＬとすると、プローブ３０により測定される段差量Ｇ１（Ｆ）は下記の式（１０）により表される。

【0104】

Ｇ１（Ｆ）＝Ｇ１／cosθ＋Ｌsinθ …（１０）
このとき、倍率校正の誤差は下記の式（１１）により表される。

【0105】

Ｇ１／Ｇ１（Ｆ）＝１／｛１／cosθ＋（Ｌ／Ｇ１）sinθ｝ …（１１）
式（１１）に示すように、マスタＭ１の基準面Ｒ１がＹ方向に対して傾いている場合、Ｇ１＜Ｇ１（Ｆ）となるため、実際の変位量よりも校正後の値が小さくなってしまう。また、式（１１）に示すように、測定条件によって変化するＹ方向移動量Ｌが校正誤差に含まれるため、誤差量が安定しない。

【0106】

これに対して、本実施形態では、倍率校正時において、マスタＭ１の基準面Ｒ１及び測定面Ｒ２がＹ方向と平行になっているので、より高精度の倍率校正を行うことが可能になる。

【0107】

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。以下の説明において、第１の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

【0108】

本実施形態は、マスタＭ１の位置決め工程（ステップＳ１０）において、マスタＭ１の角度調整と位置調整を一度に調整可能とするものである。

【0109】

図１７及び図１８は、マスタＭ１の位置決め工程を説明するための図である。本実施形態では、マスタＭ１の位置決め工程（ステップＳ１０）において、ステージ１８の回転軸Ｃ（回転中心）の位置（移動前の位置Ｃ（Ｙ１））をあらかじめ算出済みとする。

【0110】

マスタＭ１をステージ１８に保持した状態で、第２カメラＣＡＭ２をＹ方向に移動させた場合、第２カメラＣＡＭ２の視野内における移動方向（図７におけるＢ方向に対するＹ方向の傾きθ_２）を求めることができる。Ｙ方向移動量Ｙは指定移動量であるため、既知であるとすると、第２カメラＣＡＭ２の視野内におけるＹ方向移動量（ベクトルＹ）を算出することができる。

【0111】

よって、図１７に示すように、Ｙ方向移動前のマスタＭ１の基準面Ｒ１の位置Ｒ１（Ｙ１）と、ステージ１８の回転軸Ｃの位置Ｃ（Ｙ１）から、Ｙ方向移動後の第２カメラＣＡＭ２の視野内におけるマスタＭ１の基準面Ｒ１の位置Ｒ１（Ｙ２）と、ステージ１８の回転軸Ｃの位置Ｃ（Ｙ２）を算出することができる。

【0112】

次に、図１８に示すように、マスタＭ１の基準面Ｒ１が、Ｙ方向移動後のステージ１８の回転軸Ｃの位置Ｃ（Ｙ２）に重なるように、マスタＭ１の位置の移動量（Ｎ）を調整する。すなわち、図１８に示すように、Ｙ方向移動後のステージ１８の回転軸Ｃの位置Ｃ（Ｙ２）からマスタＭ１の基準面Ｒ１の位置Ｒ１（Ｙ２）に下ろした垂線ベクトルであるＮベクトルを算出する。そして、ステージ１８の直動機構を動作させて、マスタＭ１をＮベクトルに従って移動させると、マスタＭ１の基準面Ｒ１をステージ１８の回転軸Ｃの位置Ｃ（Ｙ２）と一致させることができる。

【0113】

次に、ステージ回転機構１４により、マスタＭ１を角度θ回転させることにより、マスタＭ１の基準面Ｒ１をＹ方向と平行にすることができる。

【0114】

図１９は、本発明の第２の実施形態に係るマスタＭ１の位置決め工程を示すフローチャートである。

【0115】

まず、第２カメラＣＡＭ２の視野内におけるステージ１８の回転軸Ｃ（回転中心）をあらかじめ算出しておく（ステップＳ１３０）。ステップＳ１３０では、ステージ１８の回転軸Ｃは、例えば、ステージ１８上に既知形状（例えば、円形又は矩形等）のワークを設置してステージ１８を回転させ、第２カメラＣＡＭ２により撮影した画像を処理することにより検出することができる。なお、回転軸Ｃの算出方法は上記の例に限定されない。

【0116】

次に、第２カメラＣＡＭ２を用いて、マスタＭ１がステージ１８の保持部１８Ｂに保持されたマスタＭ１の基準面Ｒ１の画像ＰＩ１を撮影する（ステップＳ１３２）。そして、第２直動機構７０Ｙにより第２カメラＣＡＭ２をＹ方向に移動させて（ステップＳ１３４）、第２カメラＣＡＭ２を用いて、移動後のマスタＭ１の基準面Ｒ１の画像ＰＩ２を撮影する（ステップＳ１３６）。

【0117】

次に、画像ＰＩ１及びＰＩ２とＹ方向移動量から、Ｙ方向に対する基準面Ｒ１の傾きθを算出する（ステップＳ１３８）。なお、ステップＳ１３８における傾きθの算出手順は、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する（図６及び図７参照）。そして、ステップＳ１３４におけるＹ方向移動量Ｙと角度θからＹベクトルを算出する（ステップＳ１４０）。

【0118】

次に、Ｙ方向移動前の回転軸Ｃの位置Ｃ（Ｙ１）とＹベクトルから、Ｙ方向移動後の回転軸Ｃの位置Ｃ（Ｙ２）を算出する（ステップＳ１４２）。そして、Ｙ方向移動後の回転軸Ｃの位置Ｃ（Ｙ２）と画像ＰＩ２からＮベクトルを算出する（ステップＳ１４４）。

【0119】

次に、Ｎベクトルに沿ってマスタＭ１を移動させ（ステップＳ１４６）、マスタＭ１を角度θ回転させて、マスタＭ１の基準面Ｒ１をＹ方向に平行にする（ステップＳ１４８）。

【0120】

本実施形態によれば、マスタＭ１の角度調整と位置調整を一度に調整可能であるため、マスタＭ１の基準面Ｒ１の位置決めに要する工数を減らすことができる。

【0121】

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。以下の説明において、第１又は第２の実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

【0122】

本実施形態は、ステージ１８の回転軸Ｃ（回転中心）の算出（第２の実施形態におけるステップＳ１３０）の前後において、Ｙ方向移動を行ってＹベクトルを算出して登録するようにしたものである。

【0123】

図２０は、本発明の第３の実施形態に係るマスタＭ１の位置決め工程を示すフローチャートである。

【0124】

まず、Ｙベクトルの登録を行う（ステップＳ１６０）。ステップＳ１６０では、まず、図２１に示すように、ステージ１８上に既知形状Ｓ１を第２カメラＣＡＭ２の視野内に収まるように設置する。ここで、既知形状Ｓ１とは、例えば、円形の穴形状、点、レチクル等の基準座標を高精度に求められる形状が望ましい。

【0125】

次に、第２カメラＣＡＭ２により、既知形状Ｓ１の画像を取得し、既知形状Ｓ１の基準位置の座標（基準座標Ｃ１（Ｙ１））を計算する。図２１では、既知形状Ｓ１の例として円形の穴形状を用いており、基準座標として円形の穴の中心の位置座標を用いている。

【0126】

次に、あらかじめ定められた距離だけ、第２カメラＣＡＭ２のＹ方向移動を行い、第２カメラＣＡＭ２により既知形状Ｓ１の画像を取得し、既知形状Ｓ１の基準位置の座標（基準座標Ｃ１（Ｙ２））を計算する。

【0127】

次に、制御装置５０は、Ｙ方向移動の前後の基準座標Ｃ１（Ｙ１）及びＣ１（Ｙ２）からＹベクトルを算出して登録（保存）する。

【0128】

次に、第２カメラＣＡＭ２の視野内におけるステージ１８の回転軸Ｃ（回転中心）をあらかじめ算出する（ステップＳ１６２）。なお、ステージ１８の回転軸Ｃ（回転中心）の算出手順は、第２の実施形態と同様であるため説明を省略する。

【0129】

次に、第２カメラＣＡＭ２を用いて、マスタＭ１がステージ１８の保持部１８Ｂに保持されたマスタＭ１の基準面Ｒ１の画像ＰＩ１を撮影する（ステップＳ１６４）。そして、第２直動機構７０Ｙにより第２カメラＣＡＭ２をＹ方向に移動させて（ステップＳ１６６）、第２カメラＣＡＭ２を用いて、移動後のマスタＭ１の基準面Ｒ１の画像ＰＩ２を撮影する（ステップＳ１６８）。ここで、ステップＳ１６８におけるＹ方向移動距離は、ステップＳ１６０のＹベクトルの事前登録時におけるＹ方向移動距離と等しい（図２１参照）。

【0130】

次に、画像ＰＩ１及びＰＩ２とＹ方向移動量から、Ｙ方向に対する基準面Ｒ１の傾きθを算出する（ステップＳ１７０）。なお、ステップＳ１３８における傾きθの算出手順は、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する（図６及び図７参照）。

【0131】

次に、マスタＭ１の角度調整と位置調整とを実施する。後述のステップＳ１７２からＳ１７８は、図１９のステップＳ１７２からＳ１７８とそれぞれ同様である。

【0132】

次に、Ｙ方向移動前の回転軸Ｃの位置Ｃ（Ｙ１）とＹベクトルから、Ｙ方向移動後の回転軸Ｃの位置Ｃ（Ｙ２）を算出する（ステップＳ１７２）。そして、Ｙ方向移動後の回転軸Ｃの位置Ｃ（Ｙ２）と画像ＰＩ２からＮベクトルを算出する（ステップＳ１７４）。

【0133】

次に、Ｎベクトルに沿ってマスタＭ１を移動させ（ステップＳ１７６）、マスタＭ１を角度θ回転させて、マスタＭ１の基準面Ｒ１をＹ方向に平行にする（ステップＳ１７８）。

【0134】

本実施形態によれば、第２の実施形態と同様に、マスタＭ１の角度調整と位置調整を一度に調整可能であるため、マスタＭ１の基準面Ｒ１の位置決めに要する工数を減らすことができる。

【0135】

さらに、本実施形態では、円等の既知形状は、基準座標を高精度に算出可能な形状を持っており、また、実際に第２カメラＣＡＭ２の視野内でＹ方向移動した距離を求めるので、Ｙベクトルを精度よく算出することができる。

【符号の説明】

【0136】

１０…形状測定機、１２…本体ベース、１４…ステージ回転機構、１６…回転体、１８…ステージ、２０…コラム、２２…キャリッジ、２４Ｘ…第１アーム、２４Ｙ…第２アーム、２６…変位検出器、２８…検出器駆動機構、３０…プローブ、３２…カメラ、３４…カメラ用ブラケット、５０…制御装置、５２…操作部、５４…表示部、５６…変位演算部、５８…駆動制御部、６０…撮影制御部、７０Ｘ…第１直動機構、７０Ｙ…第２直動機構、ＣＡＭ１…第１カメラ、ＣＡＭ２…第２カメラ、Ｍ１～Ｍ２…校正用標準器（マスタ）

【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】

【図19】

【図20】

【図21】