专利名称：三坐标测量机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三坐标测量机。
背景技术：
以往，已知如下三坐标测量机，具备测头，其构成为能够在一定的范围内移动，具有与被测量物相接触的测量触头；移动机构，其保持并且移动测头；以及控制装置，其控制移动机构，该三坐标测量机在将测头推压到被测量物的状态下通过沿着被测量物的表面移动测量触头来测量被测量物(例如，参照专利文献1日本特开2008-89578号公报)。
在专利文献1所述的表面形状测量装置(三坐标测量机)中，在将测头推压到被测量物的状态下通过沿着被测量物的表面移动测量触头来获取驱动机构(移动机构)的移动量以及测头的移动量，通过合成所获取的各移动量来检测测量触头的位置(测量值)。另外，表面形状测量装置根据检测出的测量值来测量被测量物的表面形状等。
在此，在由表面形状测量装置所获取的测头的移动量与实际的测头的移动量之间存在误差的情况下，在测量值中也包含误差。因此，以往例如如下面的式(1)所示，通过用规定的校正参数校正由表面形状测量装置所获取的测头的移动量来降低测量误差。
式(1)是将以与测头的移动量XPB、YPB、ZPB有关的多项式来近似校正后的测头的移动量XPA、YPA、ZPA时的系数设为校正参数CXm～CX0、CYm～CY0、CZm～CZ0的式子。此外，在规定的测量条件(例如推压量、测量方向以及测量速度等)下，通过测量半径已知的基准球能够得到校正参数CXm～CX0、CYm～CY0、CZm～CZ0。
在此，推压量是指在将测头推压到被测量物的状态下测量被测量物时的测头的位移量，测量方向是指分割测头的移动路径并以圆弧来近似所分割的移动路径的情况下的旋转方向。
然而，当以规定的校正参数来校正测头的移动量时，在以不同于获取校正参数时的测量条件来进行测量的情况下，存在三坐标测量机无法恰当地校正测头的移动量而测量误差变大的问题。下面，参照附图具体地进行说明。
图8A～图8D是表示在仅变更推压量的测量条件的情况下的测量结果的图。图9A～图9D是表示在仅变更测量方向的测量条件的情况下的测量结果的图。此外，图8A～图8D以及图9A～图9D是表示在将以与测头的移动量有关的三次多项式来近似校正后的测头的移动量时的系数设为校正参数的情况(在上述的式(1)中n＝3的情况)下，改变测量条件来测量圆筒状基准器的侧面形状时的测量结果的图。
另外，在图8A～图8D中以相对较小以及相对较大两个阶段来示出推压量，图8A示出将进行测量时的(仿形测量时)推压量以及获取校正参数时(测头校正时)的推压量都设为小的情况下的测量结果，图8B示出将进行测量时(仿形测量时)的推压量设为较小以及将获取校正参数时(测头校正时)的推压量设为较大的情况下的测量结果，图8C示出将进行测量时(仿形测量时)的推压量设为较大以及将获取校正参数时(测头校正时)的推压量设为较小的情况下的测量结果，图8D示出将进行测量时(仿形测量时)的推压量以及获取校正参数时(测头校正时)的推压量都设为较大的情况下的测量结果。在图9A～图9D中，图9A示出将仿形测量时的测量方向以及测头校正时的测量方向都设为逆时针的情况下的测量结果，图9B示出将仿形测量时的测量方向设为逆时针以及将测头校正时的测量方向设为顺时针的情况下的测量结果，图9C示出将仿形测量时的测量方向设为顺时针以及将测头校正时的测量方向设为逆时针的情况下的测量结果，图9D示出将仿形测量时的测量方向以及测头校正时的测量方向都设为顺时针的情况下的测量结果。
在使测头校正时以及仿形测量时的测量条件相同的情况下，如图8A、图8D以及图9A、图9D所示，三坐标测量机能够恰当地校正测头的移动量，能够降低测量误差。
然而，在使测头校正时以及仿形测量时的测量条件不同的情况下，如图8B、图8C以及图9B、图9C所示，存在三坐标测量机无法恰当地校正测头的移动量而测量误差变大的问题。此外，在图8A～图8D以及图9A～图9D中例示出变更推压量以及测量方向的情况，但是变更测量速度的情况也相同。
专利文献1日本特开2008-89578号公报
发明内容
发明要解决的问题 本发明的目的在于提供一种即使在变更了测量条件的情况下也能够恰当地校正测头的移动量、能够降低测量误差的三坐标测量机。
用于解决问题的方案 本发明的三坐标测量机具备测头，其构成为能够在一定的范围内移动，具有与被测量物相接触的测量触头；移动机构，其保持并且移动上述测头；以及控制装置，其控制上述移动机构，该三坐标测量机在将上述测头推压到上述被测量物的状态下通过使上述测量触头沿着上述被测量物的表面移动来测量上述被测量物，该三坐标测量机的特征在于，上述控制装置具备移动量获取部，其获取上述移动机构的移动量以及上述测头的移动量；校正参数算出部，其算出用于对由上述移动量获取部所获取的上述测头的移动量进行校正的校正参数；校正部，其根据上述校正参数对由上述移动量获取部所获取的上述测头的移动量进行校正；以及移动量合成部，其通过对上述移动机构的移动量和由上述校正部校正后的上述测头的移动量进行合成来算出上述测量触头的位置，其中，上述校正参数算出部根据测量上述被测量物时的测量条件来算出上述校正参数。
根据这种结构，三坐标测量机具备算出用于校正测头的移动量的校正参数的校正参数算出部，校正参数算出部根据测量被测量物时的测量条件来算出校正参数，因此校正部能够以与测量条件相应的校正参数来校正测头的移动量。因而，即使在变更了测量条件的情况下，三坐标测量机也能够恰当地校正测头的移动量，能够降低测量误差。
在本发明中，优选上述校正参数算出部根据上述测头的推压量以及测量方向来算出上述校正参数。
根据这种结构，校正部能够以与测头的推压量以及测量方向相应的校正参数来校正测头的移动量。因而，即使在变更了测量条件的情况下，三坐标测量机也能够恰当地校正测头的移动量，能够降低测量误差。
在本发明中，优选上述校正参数算出部根据用于通过上述移动机构移动上述测头的位置指令值来检测上述测量方向。
根据这种结构，校正参数算出部能够自动地检测测量方向，因此即使在例如由移动机构自由移动测头的情况下也能够容易地检测测量方向。因而，即使在变更了测量条件的情况下，三坐标测量机也能够恰当地校正测头的移动量，能够降低测量误差。
在本发明中，优选上述校正参数算出部算出三个上述校正参数，该三个上述校正参数用于分别在正交坐标系的三个平面内校正上述测头的移动量，上述校正部在利用各上述校正参数分别对各上述平面内的上述测头的移动量进行校正之后，将校正后的上述测头的移动量按每个轴方向的成分进行合成，由此校正上述测头的移动量。
根据这种结构，校正参数算出部算出用于分别在各平面内对测头的移动量进行校正的各校正参数，因此与算出用于在三维空间内对测头的移动量进行校正的校正参数的情况相比，能够在各平面内容易地确认所算出的各校正参数的校正效果。
另外，校正部通过将校正后的测头的移动量按每个轴方向的成分进行合成来对测头的移动量进行校正，因此能够利用平均化的效果降低校正参数的误差。因而，即使在变更了测量条件的情况下，三坐标测量机也能够恰当地校正测头的移动量，能够降低测量误差。
在本发明中，优选各上述校正参数被设为以与上述测头的移动量有关的多项式来近似校正后的上述测头的移动量时的系数。
根据这种结构，能够根据校正的影响度在各平面内使用不同次数的多项式，因此能够降低校正处理所需的时间。
在本发明中，优选各上述校正参数被设为以与上述测头的移动量有关的圆的式子来近似校正后的上述测头的移动量时的系数。
根据这种结构，与将各校正参数设为多项式的系数的情况相比，能够减少校正参数的数量，因此能够降低校正处理所需的时间。
在本发明中，优选一个或者两个上述校正参数被设为以与上述测头的移动量有关的多项式来近似校正后的上述测头的移动量时的系数，其它的上述校正参数被设为以与上述测头的移动量有关的圆的式子来近似校正后的上述测头的移动量时的系数。
在此，例如能够通过变更测量条件的同时测量半径已知的基准球来得到校正参数。并且，在测量基准球时测量触头所描绘的轨迹能够以圆的式子来充分地近似的情况下，通过将以与测头的移动量有关的圆的式子近似校正后的测头的移动量时的系数设为校正参数，能够以较少的校正参数的数量来恰当地校正测头的移动量。然而，除了这种情况以外，当将以与测头的移动量有关的圆的式子近似校正后的测头的移动量时的系数设为校正参数时，存在无法恰当地校正测头的移动量的问题。
根据本发明，能够根据校正的影响度以及测量基准球时测量触头所描绘的轨迹来在各平面内使用不同次数的多项式以及圆的式子，因此，能够恰当地校正测头的移动量并且降低校正处理所需的时间。
图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的三坐标测量机的整体示意图。
图2是表示上述实施方式中的三坐标测量机的概要结构的框图。
图3是由上述实施方式中的测杆(Spindle)来保持测头的部分的放大示意图。
图4是表示上述实施方式中的测量值算出部的详细结构的框图。
图5A是表示在上述实施方式中的测量方向为逆时针的情况下由校正参数算出部算出的两个角度的关系的图。
图5B是表示在上述实施方式中的测量方向为顺时针的情况下由校正参数算出部算出的两个角度的关系的图。
图6是表示上述实施方式中的校正参数算出部、校正部以及移动量合成部的关系的图。
图7A是在由上述实施方式中的校正部来校正测头值并测量被测量物的表面形状的情况下、将仿形测量时的推压量设为较小来测量被测量物的侧面形状时的测量结果的图。
图7B是在由上述实施方式中的校正部来校正测头值并测量被测量物的表面形状的情况下、将仿形测量时的推压量设为较大来测量被测量物的侧面形状时的测量结果的图。
图7C是在由上述实施方式中的校正部来校正测头值并测量被测量物的表面形状的情况下、将仿形测量时的测量方向设为逆时针来测量被测量物的侧面形状时的测量结果的图。
图7D是在由上述实施方式中的校正部来校正测头值并测量被测量物的表面形状的情况下、将仿形测量时的测量方向设为顺时针来测量被测量物的侧面形状时的测量结果的图。
图8A是表示将仿形测量时的推压量以及测头校正时的推压量都设为较小的情况下的测量结果的图。
图8B是表示将仿形测量时的推压量设为较小以及将测头校正时的推压量设为较大的情况下的测量结果的图。
图8C是表示将仿形测量时的推压量设为较大以及将测头校正时的推压量设为较小的情况下的测量结果的图。
图8D是表示将仿形测量时的推压量以及测头校正时的推压量都设为较大的情况下的测量结果的图。
图9A是表示将仿形测量时的测量方向以及测头校正时的测量方向都设为逆时针的情况下的测量结果的图。
图9B是表示将仿形测量时的测量方向设为逆时针以及将测头校正时的测量方向设为顺时针的情况下的测量结果的图。
图9C是表示将仿形测量时的测量方向设为顺时针以及将测头校正时的测量方向设为逆时针的情况下的测量结果的图。
图9D是表示将仿形测量时的测量方向以及测头校正时的测量方向都设为顺时针的情况下的测量结果的图。
具体实施例方式 下面，根据
本发明的一个实施方式。
(三坐标测量机的概要结构) 图1是表示本发明的一个实施方式所涉及的三坐标测量机1的整体示意图。图2是表示三坐标测量机1的概要结构的框图。此外，在图1中将上方向设为Z轴正方向、将与该Z轴正交的两个轴分别设为X轴以及Y轴来进行说明。在下面的附图中也相同。
如图1所示，三坐标测量机1具备三坐标测量机主体2；动作控制器3，其执行三坐标测量机主体2的驱动控制；操作单元4，其用于通过操作杆等向动作控制器3提供指令从而通过手动来操作三坐标测量机主体2；主计算机5，其向动作控制器3提供规定的指令并且执行设置在三坐标测量机主体2上的被测量物W的形状分析等运算处理；输入单元61，其与主计算机5连接；以及输出单元62。此外，输入单元61将三坐标测量机1中的测量条件等输入到主计算机5，输出单元62输出三坐标测量机1的测量结果。
三坐标测量机主体2具备测头21；其在前端侧(Z轴负方向侧)具有用于测量被测量物W的测量触头211A；移动机构22，其保持测头21的基端侧(Z轴正方向侧)并且使测头21移动；以及平板23，其垂直设置有移动机构22。此外，在平板23中设置了用于校准三坐标测量机主体2的半径已知的基准球231，该基准球231能够设置在平板23上的多个位置。
移动机构22具备滑动机构24，其保持测头21的基端侧并且能够使测头21滑动移动；以及驱动机构25，其通过驱动滑动机构24来使测头21移动。
滑动机构24具备两个横梁支承体241，其从平板23的X轴方向的两端向Z轴正方向延伸，被设置成能够沿着Y轴方向滑动移动；横梁242，其被各横梁支承体241支承并沿着X轴方向延伸；立柱243，其形成为沿着Z轴方向延伸的筒状，被设置成能够沿着X轴方向在横梁242上滑动移动；以及测杆244，其被插入立柱243的内部并且被设置成能够沿着Z轴方向在立柱243内滑动移动。因而，移动机构22具备在X、Y、Z轴的各轴方向移动测头21的多个移动轴。并且，测杆244在Z轴负方向侧的端部保持有测头21的基端侧。此外，作为测头21，准备多种测头，能够从这些测头中进行选择并使之保持于测杆244。
如图1以及图2所示，驱动机构25具备Y轴驱动部251Y，其支承各横梁支承体241中的X轴正方向侧的横梁支承体241，并且使其沿着Y轴方向滑动移动；X轴驱动部251X(在图1中省略图示)，其使立柱243在横梁242上滑动来沿着X轴方向移动；以及Z轴驱动部251Z(在图1中省略图示)，其使测杆244在立柱243内滑动来沿着Z轴方向移动。
如图2所示，在X轴驱动部251X、Y轴驱动部251Y以及Z轴驱动部251Z中分别设有用于检测立柱243、各横梁支承体241以及测杆244的各轴方向的位置的X轴标尺传感器252X、Y轴标尺传感器252Y以及Z轴标尺传感器252Z。此外，各标尺传感器252X、252Y、252Z是输出与立柱243、各横梁支承体241以及测杆244的移动量相应的脉冲信号的位置传感器。
图3是由测杆244来保持测头21的部分的放大示意图。
如图3所示，测头21具备在前端侧具有测量触头211A的测针(Stylus)211、支承测针211的基端侧的支承机构212以及能够使支承机构212相对于测杆244旋转的旋转机构213。
支承机构212通过对X、Y、Z轴的各轴方向施加力来支承测针211使其定位于规定位置，并且在施加外力的情况下、即与被测量物W抵接的情况下，能够在一定的范围内沿X、Y、Z轴的各轴方向移动测针211。如图2所示，该支承机构212具备用于检测测针211在各轴方向的位置的X轴测头传感器212X、Y轴测头传感器212Y以及Z轴测头传感器212Z。此外，各测头传感器212X、212Y、212Z与各标尺传感器252X、252Y、252Z同样地是输出与测针211在各轴方向的移动量相应的脉冲信号的位置传感器。
旋转机构213是通过使支承机构212以及测针211旋转来变更测头21的方向(从测头21的基端侧朝向前端侧的方向)、即测头21的姿势的机构。此外，旋转机构213能够使支承机构212以及测针211以基准点R为中心绕X、Y、Z轴的各轴进行旋转。
如图2所示，动作控制器3具备驱动控制部31，其根据来自操作单元4或者主计算机5的指令来控制驱动机构25；以及计数器部32，其对从各标尺传感器252X、252Y、252Z以及各测头传感器212X、212Y、212Z输出的脉冲信号进行计数。
计数器部32具备标尺计数器321，其对从各标尺传感器252X、252Y、252Z输出的脉冲信号进行计数来计测滑动机构24的移动量(XS、YS、ZS)；以及测头计数器322，其对从各测头传感器212X、212Y、212Z输出的脉冲信号进行计数来计测测头21的移动量(XPB、YPB、ZPB)。并且，由标尺计数器321以及测头计数器322所计测的滑动机构24的移动量(以下设为标尺值S)以及测头21的移动量(以下设为测头值PB)被输出到主计算机5。
作为控制装置的主计算机5构成为具备CPU(CentralProcessing Unit中央处理单元)、存储器等，通过向动作控制器3提供规定的指令来控制三坐标测量机主体2，该主计算机5具备移动指令部51、移动量获取部52、测量值算出部53、形状分析部54以及存储部55。
移动指令部51向动作控制器3的驱动控制部31提供规定的指令，使三坐标测量机主体2的滑动机构24进行仿形移动。具体地说，移动指令部51输出用于使测量触头211A在将测头21推压到被测量物W的状态下沿着被测量物W的表面移动的位置指令值。此外，在本实施方式中，移动指令部51根据圆柱状的被测量物W的轮廓数据依次输出用于以一定的角速度进行圆周运动的位置指令值，使得测量触头211A沿着被测量物W的侧面描绘圆周轨迹。
移动量获取部52以规定的采样间隔来获取由标尺计数器321以及测头计数器322所计测的标尺值S以及测头值PB。即移动量获取部52获取移动机构22的移动量以及测头21的移动量。
测量值算出部53根据由移动量获取部52所获取的标尺值S以及测头值PB来算出测量值、即测量触头211A的位置。此外，调整标尺值S使其表示在测头21的朝向为Z轴负方向、支承机构212内的测针211完全没有发生移动的情况下的测量触头211A的位置。
形状分析部54进行如下的形状分析对由测量值算出部53所算出的测量值进行合成来算出被测量物W的表面形状数据，通过将所算出的被测量物W的表面形状数据与轮廓数据进行对比来求出误差、失真等。
存储部55存储在主计算机5中使用的数据，例如存储通过输入单元61所输入的测量条件、通过输出单元62所输出的测量结果等。此外，作为通过输入单元61所输入的测量条件，除了推压量、测量方向以及测量速度之外，例如还有移动指令部51以及形状分析部54所使用的被测量物W的轮廓数据、移动量获取部52获取标尺值S以及测头值PB的采样间隔等。
[测量值算出部的详细结构] 图4是表示测量值算出部53的详细结构的框图。
如图4所示，测量值算出部53具备校正参数算出部531，其算出用于对由移动量获取部52所获取的测头值PB进行校正的校正参数；校正部532，其根据由校正参数算出部531算出的校正参数来对由移动量获取部52所获取的测头值PB进行校正；以及移动量合成部533，其通过对由移动量获取部52所获取的标尺值S和由校正部532所校正的测头值PB进行合成来算出测量值。
校正参数算出部531根据测量被测量物W时的测量条件算出用于分别在正交坐标系中的三个平面(XY平面、XZ平面以及YZ平面)内对测头值PB进行校正的三个校正参数。此外，在本实施方式中，校正参数算出部531根据推压量以及测量方向来算出各校正参数。
具体地说，校正参数算出部531通过下面的式(2-1)～(2-3)来算出用于在XY平面内对测头值PB进行校正的校正参数。
式(2-1)是求出用于在XY平面内对测头值PB进行校正的校正参数CXm_XY～CY0_XY(以下设为校正参数CXY)的式子，利用与推压量DP有关的多项式来算出校正参数CXY。另外，与押入量DP有关的多项式的系数向量MXm_n_XY～MY0_0_XY(以下设为系数向量MXY)在测量方向为顺时针的情况和逆时针的情况下不同，在顺时针的情况下通过式(2-2)来算出，在逆时针的情况下通过式(2-3)来算出。此外，在后面说明系数向量MXY的算出方法。
在此，押入量DP是指在将测头21推压到被测量物W的状态下测量被测量物W时的测头21的位移量，其通过下面的式(3)来算出。
另外，测量方向是指分割测头21的移动路径并以圆弧来近似所分割的移动路径的情况下的旋转方向，其根据由移动指令部51所输出的位置指令值来检测。具体地说，校正参数算出部531通过利用下面的式(4)、(5)算出角度θ1、θ2来检测测量方向。在此，XR、YR是XY平面内的当前的位置指令值，X1R、Y1R是一个采样前的位置指令值，X2R、Y2R是两个采样前的位置指令值。
图5A、图5B是表示在测量方向为逆时针的情况以及顺时针的情况下由校正参数算出部531算出的两个角度θ1、θ2的关系的图。此外，图5A示出XY平面内的测量方向为逆时针的情况，图5B示出XY平面内的测量方向为顺时针的情况。
校正参数算出部531比较所算出的θ1、θ2，在θ1＞θ2的情况下将测量方向检测为逆时针(参照图5A)，在θ1＜θ2的情况下将测量方向检测为顺时针(参照图5B)。
另外，校正参数算出部531通过下面的式(6-1)～(6-3)来算出用于在XZ平面内对测头值PB进行校正的校正参数，通过下面的式(7-1)～(7-3)来算出用于在YZ平面内对测头值PB进行校正的校正参数。此外，关于押入量DP的算出以及测量方向的检测，与算出校正参数CXY的情况同样地，校正参数算出部531通过式(3)～(5)来算出以及检测。
式(6-1)是求出用于在XZ平面内对测头值PB进行校正的校正参数CXm_XZ～CZ0_XZ(以下设为校正参数CXZ)的式子，利用与推压量DP有关的多项式来算出校正参数CXZ。另外，与押入量DP有关的多项式的系数向量MXm_n_XZ～MZ0_0_XZ(以下设为系数向量MXZ)在测量方向为顺时针的情况和逆时针的情况下不同，在顺时针的情况下通过式(6-2)来算出，在逆时针的情况下通过式(6-3)来算出。此外，在后面说明系数向量MXZ的算出方法。
式(7-1)是求出用于在YZ平面内对测头值PB进行校正的校正参数CXYm_YZ～CZ0_YZ(以下设为校正参数CYZ)的式子，利用与推压量DP有关的多项式来算出校正参数CYZ。另外，与押入量DP有关的多项式的系数向量MYm_n_YZ～MZ0_0_YZ(以下设为系数向量MYZ)在测量方向为顺时针的情况和逆时针的情况下不同，在顺时针的情况下通过式(7-2)来算出，在逆时针的情况下通过式(7-3)来算出。此外，在后面说明系数向量MYZ的算出方法。
校正部532根据由校正参数算出部531所算出的校正参数CXY、CXZ、CYZ来在各平面内对测头值PB进行校正。具体地说，如下面的式(8-1)～(8-3)所示，校正部532利用与测头值PB有关的多项式来算出各平面内的校正后的测头值(XPA_XY、YPA_XY、XPA_XZ、ZPA_XZ、YPA_YZ、ZPA_YZ)。即校正参数CXY、CXZ、CYZ被设为以与测头值PB有关的多项式来近似校正后的测头值XPA_XY～ZPA_YZ时的系数。
并且，校正部532通过对各平面内的校正后的测头值XPA_XY～ZPA_YZ按X成分、Y成分、Z成分进行合成来算出校正后的测头值PA(XPA、YPA、ZPA)。具体地说，校正部532通过下面的式(9)来算出测头值PA。
在此，如式(9)所示，校正部532对各平面内的校正后的测头值XPA_XY～ZPA_YZ乘以AX、AY、AZ进行加权来按X成分、Y成分、Z成分进行合成，从而算出校正后的测头值PA。此外，AX、AY、AZ是由移动指令部51输出的位置指令值的X、Y、Z轴方向的振幅。
如果这样进行合成，则例如如本实施方式那样，在使测量触头211A沿着被测量物W的侧面以一定的角速度进行圆周运动来在XY平面内描绘圆周轨迹的情况下，与XZ、YZ平面内的校正参数CXZ、CYZ的影响相比，XY平面内的校正参数CXY的影响变大，因此能够有效地校正测头21的移动量。
此外，如本实施方式那样，测量触头211A以一定的角速度进行圆周运动的情况下的位置指令值在X、Y、Z轴方向为正弦波形状的数据列，因此例如能够利用日本特开平10-009848所记载的方法来算出振幅AX、AY、AZ。
并且，移动量合成部533通过对由移动量获取部52所获取的标尺值S和由校正部532所校正的测头值PA进行合成来算出测量值。下面，参照
校正参数算出部531、校正部532以及移动量合成部533的关系。
图6是表示校正参数算出部531、校正部532以及移动量合成部533的关系的图。
如图6所示，校正参数算出部531根据测量被测量物W时的测量条件来算出用于分别在正交坐标系的三个平面内对测头值PB进行校正的三个校正参数CXY、CXZ、CYZ。
校正部532根据由校正参数算出部531所算出的校正参数CXY、CXZ、CYZ，在各平面内对测头值PB进行校正后，将校正后的测头值XPA_XY～ZPA_YZ按每个轴方向的成分进行合成，由此算出校正后的测头值PA。
移动量合成部533通过对由移动量获取部52所获取的标尺值S和由校正部532所校正的测头值PA进行合成来算出测量值。
接着，例示出测量方向为顺时针的情况下的系数向量MXY(参照式(2-2))来说明系数向量MXY、MXZ、MYZ的算出方法。
预先以顺时针的测量方向测量基准球231来算出系数向量MXPm_n_XY～MYP0_0_XY。具体地说，主计算机5变更推压量DP的同时测量基准球231，根据式(8-1)算出每个推压量DP的校正参数。并且，主计算机5通过以与推压量DP有关的多项式来近似所算出的校正参数来算出系数向量MXPm_n_XY～MYP0_0_XY。
此外，与测量方向为顺时针的情况下的系数向量MXY同样地，主计算机5还算出测量方向为逆时针的情况下的系数向量MXY(参照式(2-3))、系数向量MXZ(参照式(6-2)、(6-3))以及系数向量MXY(参照式(7-2)、(7-3))。
并且，主计算机5将所算出的系数向量MXY、MXZ、MYZ存储在存储部55中。
在此，在预先以顺时针的测量方向测量基准球231时，测量触头211A所描绘的轨迹能够以圆的式子来充分地近似的情况下，也可以根据下面的式(10)来算出系数向量MXPm_n_XY～MYP0_0_XY。具体地说，主计算机5变更推压量DP的同时测量基准球231，根据式(10)算出每个推压量DP的校正参数。并且，主计算机5通过以与推压量DP有关的多项式来近似所算出的校正参数来算出系数向量MXPm_n_XY～MYP0_0_XY。
此外，与测量方向为顺时针的情况下的系数向量MXY同样地，主计算机5还算出测量方向为逆时针的情况下的系数向量MXY、系数向量MXZ以及系数向量MYZ。
下面，说明式(10)的导出。
在预先以顺时针的测量方向测量基准球231时测量触头211A所描绘的轨迹能够以圆的式子来充分地近似的情况下，测头值XPB、YPB能够以下面的圆的式子(11-1)、(11-2)来近似。
XPB＝Rxcos(θ+φx)····(11-1) YPB＝Rysin(θ+φy)····(11-2) 此外，RX是测头值XPB的振幅，RY是测头值YPB的振幅。另外，φX是测头值XPB的相位，φY是测头值YPB的相位。
在此，当将振幅的真值设为R0时，校正后的测头值XPA_XY、YPA_XY以下面的式(12-1)、(12-2)来表示。
XPA_XY＝R0cosθ ····(12-1) YPA_XY＝R0sinθ ····(12-2) 并且，如果将式(12-1)、(12-2)代入到式(11-1)、(11-2)，则能够导出下面的式(13-1)、(13-2)。
并且，如果用矩阵来表现式(13-1)、(13-2)，则能够导出下面的式(14)。
另外，如果将式(14)进一步变形，将测头值XPA_XY、YPA_XY移动到左边，则能够导出上述的式(10)。
因而，在预先测量基准球231时测量触头211A所描绘的轨迹能够以圆的式子来充分地近似的情况下，校正参数CXY、CXZ、CYZ也可以被设为以与测头值PB有关的圆的式子来近似校正后的测头值XPA_XY～ZPA_YZ时的系数。另外，也可以将校正参数CXY、CXZ、CYZ中的一个或者两个校正参数设为以与测头值PB有关的多项式来近似校正后的测头值时的系数，将其它校正参数设为以与测头值PB有关的圆的式子来近似校正后的测头值时的系数。
图7A～图7D是在由校正部532校正测头值PB并测量被测量物W的表面形状的情况下改变测量条件来测量被测量物W的侧面形状时的测量结果的图。在图7A～图7D中以相对较小以及相对较大两个阶段来示出推压量DP，图7A示出将仿形测量时的推压量DP设为较小的情况下的测量结果，图7B示出将仿形测量时的推压量DP设为较大的情况下的测量结果。另外，图7C示出将仿形测量时的测量方向设为逆时针的情况下的测量结果，图7D示出将仿形测量时的测量方向设为顺时针的情况下的测量结果。
关于各测量结果，如图7A～图7D所示，成为在任一种情况下形状都大致相同的测量结果。即，即使在变更了测量条件的情况下，三坐标测量机1也能够恰当地校正测头值PB，能够降低测量误差。
根据这种本实施方式，具有以下效果。
(1)三坐标测量机1具备算出用于对测头值PB进行校正的校正参数CXY、CXZ、CYZ的校正参数算出部531，校正参数算出部531根据测量被测量物W时的推压量DP以及测量方向来算出校正参数CXY、CXZ、CYZ，因此校正部532能够以与推压量DP以及测量方向相应的校正参数CXY、CXZ、CYZ来校正测头值PB。因而，即使在变更了推压量DP以及测量方向的情况下，三坐标测量机1也能够恰当地校正测头值PB，能够降低测量误差。
(2)校正参数算出部531能够根据用于通过移动机构22移动测头21的位置指令值来自动地检测测量方向，因此即使在例如由移动机构22自由移动测头21的情况下也能够容易地检测测量方向。
(3)校正参数算出部531算出用于分别在各平面内对测头值PB进行校正的各校正参数CXY、CXZ、CYZ，因此能够在各平面内容易地确认所算出的各校正参数CXY、CXZ、CYZ的校正效果。另外，校正部532通过将校正后的测头值XPA_XY～ZPA_YZ按每个轴方向的成分进行合成来对测头值PB进行校正，因此利用平均化的效果能够降低校正参数CXY、CXZ、CYZ的误差。
(4)在各校正参数CXY、CXZ、CYZ被设为以与测头值PB有关的多项式来近似校正后的测头值XPA_XY～ZPA_YZ时的系数的情况下，能够根据校正的影响度在各平面内使用不同次数的多项式，因此能够降低校正处理所需的时间。
(5)在各校正参数CXY、CXZ、CYZ被设为以与测头值PB有关的圆的式子来近似校正后的测头值XPA_XY～ZPA_YZ时的系数的情况下，能够降低校正参数的数量，因此能够降低校正处理所需的时间。
(6)在校正参数CXY、CXZ、CYZ中的一个或者两个校正参数被设为以与测头值PB有关的多项式来近似校正后的测头值时的系数、而其它校正参数被设为以与测头值PB有关的圆的式子来近似校正后的测头值时的系数的情况下，能够根据校正的影响度以及测量基准球231时测量触头211A所描绘的轨迹来在各平面内使用不同次数的多项式以及圆的式子，因此，能够恰当地校正测头值PB并且降低校正处理所需的时间。
此外，本发明并不限定于上述实施方式，在能够达成本发明的目的的范围内的变形、改良等也包含在本发明中。
例如，在上述实施方式中，校正参数算出部531根据测头值PB来算出推压量DP(参照式(3))，根据由移动指令部51所输出的位置指令值来检测测量方向(参照式(4)、(5))。并且，校正参数算出部531根据通过式(3)～(5)所算出以及检测出的推压量DP以及测量方向来算出校正参数CXY、CXZ、CYZ。
与此相对，例如校正参数算出部531也可以例如根据通过输入单元61输入的推压量以及测量方向来算出校正参数。
在上述实施方式中，校正参数算出部531根据推压量DP以及测量方向来算出校正参数CXY、CXZ、CYZ。与此相对，校正参数算出部例如也可以构成为根据测量速度等其它测量条件来算出校正参数。总而言之，校正参数算出部只要构成为根据测量被测量物时的测量条件来算出校正参数即可。
在上述实施方式中，校正参数算出部531算出用于分别在正交坐标系的三个平面内对测头值PB进行校正的三个校正参数CXY、CXZ、CYZ，校正部532根据校正参数CXY、CXZ、CYZ在各平面内对测头值PB进行校正后，将各平面内的校正后的测头值XPA_XY～ZPA_YZ按X成分、Y成分、Z成分进行合成来算出校正后的测头值PA。
与此相对，校正参数算出部也可以构成为算出用于在三维空间内对测头的移动量进行校正的校正参数，校正部也可以构成为在三维空间内对测头值进行校正。
在上述各实施方式中，移动机构22具备使测头21在分别正交的X、Y、Z轴的各轴方向移动的三个移动轴。与此相对，移动机构也可以具备一个或者两个移动轴，各移动轴也可以不正交。总而言之，移动机构只要能够使测头仿形移动即可。
权利要求
1.一种三坐标测量机，具备测头，其构成为能够在一定的范围内移动，具有与被测量物相接触的测量触头；移动机构，其保持并且移动上述测头；以及控制装置，其控制上述移动机构，该三坐标测量机在将上述测头推压到上述被测量物的状态下通过使上述测量触头沿着上述被测量物的表面移动来测量上述被测量物，该三坐标测量机的特征在于，
上述控制装置具备
移动量获取部，其获取上述移动机构的移动量以及上述测头的移动量；
校正参数算出部，其算出用于对由上述移动量获取部所获取的上述测头的移动量进行校正的校正参数；
校正部，其根据上述校正参数对由上述移动量获取部所获取的上述测头的移动量进行校正；以及
移动量合成部，其通过对上述移动机构的移动量和由上述校正部校正后的上述测头的移动量进行合成来算出上述测量触头的位置，
其中，上述校正参数算出部根据测量上述被测量物时的测量条件来算出上述校正参数。
2.根据权利要求1所述的三坐标测量机，其特征在于，
上述校正参数算出部根据上述测头的推压量以及测量方向来算出上述校正参数。
3.根据权利要求2所述的三坐标测量机，其特征在于，
上述校正参数算出部根据用于通过上述移动机构移动上述测头的位置指令值来检测上述测量方向。
4.根据权利要求1～3中的任一项所述的三坐标测量机，其特征在于，
上述校正参数算出部算出三个上述校正参数，该三个上述校正参数用于分别在正交坐标系的三个平面内校正上述测头的移动量，
上述校正部在利用各上述校正参数分别校正各上述平面内的上述测头的移动量之后，将校正后的上述测头的移动量按每个轴方向的成分进行合成，由此校正上述测头的移动量。
5.根据权利要求4所述的三坐标测量机，其特征在于，
各上述校正参数被设为以与上述测头的移动量有关的多项式来近似校正后的上述测头的移动量时的系数。
6.根据权利要求4所述的三坐标测量机，其特征在于，
各上述校正参数被设为以与上述测头的移动量有关的圆的式子来近似校正后的上述测头的移动量时的系数。
7.根据权利要求4所述的三坐标测量机，其特征在于，
一个或者两个上述校正参数被设为以与上述测头的移动量有关的多项式来近似校正后的上述测头的移动量时的系数，其它的上述校正参数被设为以与上述测头的移动量有关的圆的式子来近似校正后的上述测头的移动量时的系数。
全文摘要
一种三坐标测量机，具备测头，其构成为能够在一定的范围内移动，具有测量触头；移动机构，其移动测头；以及控制装置，其控制移动机构。控制装置具备根据移动机构的移动量以及测头的移动量来算出测量触头的位置的测量值算出部(53)。测量值算出部(53)具备校正参数算出部(531)，其根据测量被测量物时的测量条件算出用于校正测头的移动量的校正参数；校正部(532)，其根据校正参数对测头的移动量进行校正；以及移动量合成部(533)，其通过对移动机构的移动量和由校正部(532)校正后的测头的移动量进行合成来算出测量触头的位置。
文档编号G01B5/20GK101769704SQ20101000220
公开日2010年7月7日 申请日期2010年1月6日 优先权日2009年1月6日
发明者中川英幸, 石川修弘 申请人:株式会社三丰
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
