專利名稱：表面仿形測量裝置和仿形測頭的修正表制作方法
技術領域：
本發明涉及表面仿形測量裝置和仿形測頭的修正表制作方法。例如涉及仿形掃描被測量物表面來測量被測量物的表面粗糙度、波紋度和輪廓等的表面仿形測量裝置。
背景技術：
仿形掃描被測量物表面來測量被測量物的表面特性或立體形狀的表面仿形測量裝置已被眾所周知，例如，粗糙度測量機、輪廓形狀測量機、圓度測量機、三坐標測量機等已被眾所周知。
圖17表示作為利用原有的仿形測頭的表面仿形測量裝置的測量系統的構成。
該測量系統100備有使仿形測頭2移動的三坐標測量機1、具有手動操作的控制器31的操作部3、控制三坐標測量機1的動作的動作控制器4、通過動作控制器4使三坐標測量機1動作，同時處理由三坐標測量機取得的測量數據來求出被測量物W的尺寸或形狀等的主機(主計算機)5。
仿形測頭2，如圖18所示，備有前端具有接觸部(測量觸頭)22的觸針21、在一定的范圍內向Xp方向、Yp方向、Zp方向可滑動地支承觸針21的基端的支承部23。
支承部23備有具有在相互垂直的方向能移動的xp滑塊、yp滑塊、zp滑塊的滑動機構(未圖示)、檢測滑動機構的各軸方向的位移量，同時輸出檢測出的位移量的測頭傳感器24(參照圖1)。觸針21相對于支承部23在一定的范圍內能滑動地由滑動機構支承著。
再有，這樣的仿形測頭的構成，例如，記載在日本特開平05-256640號公報中。
在這樣的構成中，在以基準壓入量Δr使接觸部22接觸被測量物表面的狀態下，使仿形測頭2沿被測量物表面仿形移動。
這時，可從三坐標測量機1的驅動量到仿形測頭2的移動軌跡。而且仿形測頭2的移動軌跡，即，接觸部22的移動軌跡，在相對于接觸部22的中心點的移動軌跡，只偏移接觸部22的半徑r部分的位置上，存在被測量物表面和接觸部22的接觸點。
但是，接觸部22是在壓入了基準壓入量Δr的狀態下進行仿形掃描的。
圖19A及圖19B是說明把接觸部22在被測量物W上只壓入基準壓入量Δr的狀態的圖。首先，圖19A表示在接觸部22與被測量物W接觸的狀態下基準壓入量Δr為零的狀態。在該狀態下，從接觸部22的中心P1到被測量物W的接觸點的距離等于接觸部22的半徑r。該場合，由于基準壓入量Δr為零，所以不能進行仿形測頭2的接觸部22是否與被測量物W接觸的判斷。
從該狀態把仿形測頭2的接觸部22相對于被測量物W壓入到基準壓入量Δr成為規定值的狀態表示在圖19B中接觸部。在該狀態下，由于用由測量壓決定的壓力相對于被測量物W推壓接觸部22，所以在觸針21上產生撓曲。
其結果，從接觸部22的中心P2到被測量物W的接觸點的距離等于接觸部22的半徑r，這是與圖19A相同的，但從測頭傳感器24的檢測位置(與圖19A相比，只移動基準壓入量Δr的位置＝視在上的接觸部中心線P3)到被測量物W的接觸點的距離為Q(偏移值)，成為與接觸部22的半徑r不同的值。這樣一來，作為偏移值Q成為與接觸部22的半徑r不同的值的原因，除了已經說明的觸針21的撓曲的影響而外，也包括接觸部22的球度的影響。
這樣，當從視在上的接觸部中心P3描繪的移動軌跡向被測量物表面方向只修正偏移值Q時，就求出了被測量物表面的形狀。
在此，基準壓入量Δr常不需要是同一值，只要是在測頭傳感器24的可測量范圍中的合適的基準位置范圍內就行。
在此，由測頭傳感器進行的觸針21的位移量檢測產生誤差。這樣一來，由于在壓入量上產生誤差，所以牽涉到測量誤差。因此，為了修正由測頭傳感器引起的檢測誤差，根據各軸(Xp方向、Yp方向、Zp方向)的檢測特性來設定修正系數。例如，對于Xp方向的修正系數設定為Kxp′對于Yp方向的修正系數設定為Kyp′，對于Zp方向的修正系數設定為Kzp′。而且，在由測頭傳感器檢測到的各軸的檢測值為Xp、Yp、Zp的場合，測頭傳感器的檢測值(Xp、Yp、Zp)進行下述那樣的修正。
Xd＝Xp·Kxp′Yd＝Yp·Kyp′Zd＝Zp·Kzp′在此，Xd、Yd、Zd是由修正系數(Kxp′、Kyp′、Kzp′)修正了測頭傳感器輸出值的值。
可是，由于只在每個軸上設定修正系數(Kxp′、Kyp′、Kzp′)來修正測頭傳感器的輸出值，所以有時不能充分修正檢測誤差。其結果，例如，即使測量正圓，也有產生測量結果為橢圓等的測量誤差的傾向，所以只乘以在各軸上設定的修正系數，不能正確地進行修正。
再有，即使對視在上的接觸部中心P3的軌跡只修正偏移值Q，有時也不能正確地求出被測量物表面。產生這樣的誤差的理由，被認為是由仿形測頭2和被測量物W接觸的方向產生的觸針21的撓曲所影響的。即，觸針21稍微撓曲一點，就會使偏移量Q不同。
由于這樣的問題，在由表面仿形測量裝置進行的形狀測量中含有誤差，同時不能充分地修正該誤差，在提高形狀測量的精度上有困難。
發明內容
本發明的目的在于，提供可以解決現有技術的問題，可以高精度地測量被測量物形狀的表面仿形測量裝置，同時提供用于高精度測量被測量物形狀的仿形測頭的修正表的制作的方法。
本發明的表面仿形測量裝置，其特征在于，一種表面仿形測量裝置，其特征在于，包括仿形測頭，該仿形測頭具有接近或者接觸被測量物表面的測量觸頭和檢測上述測量觸頭與被測量物表面的相對位置的檢測傳感器，將上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置保持在預先設定的基準范圍內進行仿形掃描；移動機構，該移動機構用于使上述仿形測頭沿被測量物表面相對移動；驅動傳感器，該驅動傳感器用于檢測上述移動機構的驅動量；解析裝置，該解析裝置根據由上述檢測傳感器和驅動傳感器檢測出的檢測值解析上述被測量物的形狀，上述解析裝置具有修正表，該修正表儲存有修正數據，該修正數據用于修正在用上述仿形測頭仿形掃描上述被測量物表面之際、在用上述測量觸頭測量上述被測量物表面的每個測量方向上由上述檢測傳感器檢測出的檢測值。
在這樣的構成中，由移動機構使仿形測頭在相對于被測量物表面保持基準范圍的狀態下，沿被測量物表面作仿形移動，用仿形測頭掃描被測量物表面時的移動機構的驅動量由驅動傳感器檢測，測量觸頭和被測量物表面的相對位置由檢測傳感器檢測。測量傳感器的檢測值，根據測量觸頭相對于被測量物表面的方向由修正數據修正。然后，驅動傳感器和檢測傳感器的檢測值由解析裝置進行解析處理并求出被測量物的表面形狀。
在修正表中，在用測量觸頭測量被測量物表面的每個測量方向存儲修正數據。因而，即使在因測量觸頭相對于被測量物表面的方向而在檢測傳感器上產生檢測誤差的場合，也可以根據測量方向修正傳感器輸出。其結果，可以與測量觸頭相對于被測量物表面的方向無關地正確地求出被測量物表面的坐標值，可以正確地求出被測量物形狀。
再有，修正表可以存儲在能裝卸的存儲元件中，做成可更換的。
在此，仿形測頭可以使測量觸頭與被測量物表面接觸地進行仿形掃描。例如，可以使作為測量觸頭的接觸球在被測量物表面上壓入到基準量(基準位置)的狀態下進行仿形掃描。仿形測頭也可以使測量觸頭和被測量物表面在非接觸狀態下進行仿形掃描。作為這樣的非接觸式仿形測頭，可以舉出CCD照相機和圖像傳感器，或者靜電電容式和電磁感應式仿形測頭。
再有，在本發明的表面仿形測量裝置中，最好是，上述修正表具有修正系數，該修正系數用于修正在用上述仿形測頭仿形掃描上述被測量物表面之際、在用上述測量觸頭測量上述被測量物表面的每個測量方向上由上述檢測傳感器檢測出的檢測值，上述解析裝置包括測量方向算出裝置，該測量方向算出裝置根據由上述檢測傳感器檢測出的檢測值算出用上述測量觸頭測量上述被測量物表面的測量方向；修正數據選擇裝置，該修正數據選擇裝置根據用上述測量方向算出裝置算出的測量方向，從上述修正表中選擇與該測量方向對應的上述修正系數，并將該修正系數作為修正數據；檢測傳感器值修正裝置，該檢測傳感器值修正裝置把用上述修正數據選擇裝置選擇出的上述修正數據與上述檢測傳感器的檢測值相乘來修正上述檢測傳感器的檢測值。
在這樣的構成中，當檢測傳感器的檢測值輸出到測量方向算出裝置時，在測量方向算出裝置中，從檢測傳感器的輸出值算出測量方向的矢量。根據算出的測量方向的矢量，由修正數據選擇裝置從修正表中選擇修正系數。這時，由于在修正表中存儲了每個測量方向的修正數據，所以修正數據選擇裝置可以選擇與用測量方向算出裝置算出的測量方向對應的修正系數。
被選擇的修正系數，例如，與檢測傳感器值相乘。這樣就修正了檢測傳感器值，由修正的檢測傳感器值可以正確地求出被測量物表面和測量觸頭的相對位置。這樣一來，可以正確地求出被測量物表面的形狀。
在修正表中，由于在每個測量方向上都設定了修正系數并能根據測量方向修正檢測傳感器的檢測值，所以可以與測量觸頭測量被測量物表面的方向無關地正確地求出被測量物表面的形狀。
在此，在“修正由檢測傳感器檢測的檢測值的修正系數”中，即，在備有對檢測傳感器的傳感器信號進行計數的計數器等時，包含修正該計數器的計數值的修正系數。
再有，在本發明的表面仿形測量裝置中，最好是，上述修正表具有，在用上述仿形測頭仿形掃描上述被測量物表面之際、在用上述測量觸頭測量上述被測量物表面的每個測量方向上從上述測量觸頭的基準點到上述被測量物表面的偏移值，上述解析裝置包括測量方向算出裝置，該測量方向算出裝置根據由上述檢測傳感器檢測出的檢測值算出用上述測量觸頭測量上述被測量物表面的測量方向；修正數據選擇裝置，該修正數據選擇裝置根據由上述測量方向算出裝置算出的上述測量方向，從上述修正表中選擇與該測量方向對應的上述偏移值，并將該偏移值作為修正數據；測量點算出裝置，該測量點算出裝置使用由上述修正數據選擇裝置選擇的上述修正數據，使上述基準點的坐標值向上述測量方向只移上述修正數據而求出上述被測量物表面。
在此，所謂測量觸頭的基準點，表示前述仿形測頭的檢測傳感器檢測過的位置。
在這樣的構成中，當從測量方向算出裝置輸出檢測傳感器的檢測值時，在測量方向算出裝置中，能從檢測傳感器的輸出值中算出測量方向的矢量。根據算出的測量方向的矢量，由修正數據選擇裝置從修正表中選擇偏移值。這時，由于在修正表中在每個測量方向上存儲了偏移值，所以修正數據選擇裝置，可以選擇與用測量方向算出裝置算出的測量方向對應的偏移值。
所選擇的偏移值，例如，被與測量觸頭的基準點坐標值相加(或相減)。可以求出在從測量觸頭的基準點向測量方向只偏移了偏移值的位置被測量物表面所位于之處，被測量物表面的形狀。
在修正表中，由于偏移值在每個測量方向上被設定并根據測量方向修正偏移值，所以可以與測量觸頭測量被測量物表面的方向無關地正確地求出被測量物表面的形狀。
再有，在本發明的表面仿形測量裝置中，最好是，上述修正數據選擇裝置，對于用上述測量方向算出裝置算出的測量方向的矢量，從設定在上述修正表中的測量方向中選擇內積的絕對值最大的方向。
根據這樣的構成，可以選擇與用測量方向算出裝置算出的測量方向最接近于平行的方向。而且，由于采用內積的絕對值，所以即使是反方向也可以選擇最接于平行的方向。這樣一來，設定在修正數據上的方向，即使不把全方位包含在范圍內，只要是一半的區域即可。
再有，在本發明的表面仿形測量裝置中，最好在前述每個測量觸頭上都設有前述修正表。
根據這樣的構成，在用設有多個測量觸頭的仿形測頭進行被測量物表面的仿形測量的場合，由于在每個測量方向等上用最適當的測量觸頭進行仿形測量，用與其測量觸頭對應的修正表進行檢測值的修正，所以可以提高測量的自由度和精度。
另外，在仿形測頭或者測量觸頭能更換的場合，由于能用與更換的測量觸頭對應的修正表進行檢測值的修正，所以可以提高測量的自由度和精度。
再有，在本發明的表面仿形測量裝置中，最好前述修正表設置在前述仿形測頭上。
根據這樣的構成，由于修正表設置在前述仿形測頭上，所以，在更換仿形測頭的場合，可以從仿形測頭中讀出修正表的值并取得最佳的修正數據。因此，修正數據不產生混同，修正數據的管理變得容易。
在此，修正表既可以存儲在非易失性的存儲裝置內，也可以存儲在可裝卸的存儲元件內并做成能夠更換。
本發明的仿形測頭的修正表的形成方法，上述仿形測頭具有接近或者接觸被測量物表面的測量觸頭和檢測上述測量觸頭與被測量物表面的相對位置的檢測傳感器，將上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置保持在預先設定的基準位置范圍內進行仿形掃描，上述修正表用于修正從上述仿形測頭的上述檢測傳感器輸出的傳感器輸出，其特征在于，該仿形測頭的修正表的制作方法包括修正點設定工序，在該修正點設定工序中在半徑和中心坐標值已知的球、即校對球球面上設定坐標值已知的多個修正點；修正點檢測工序，在該修正點檢測工序中使上述測量觸頭沿著從上述各修正點向上述校對球的中心點的方向朝向上述各修正點相對移動，檢測使測量觸頭和上述修正點的相對位置成為基準位置范圍時的上述修正點的位置；修正數據算出工序，在該修正數據算出工序中把上述修正點檢測工序中的上述檢測傳感器的輸出值與上述修正點的坐標值進行對比，算出修正該檢測傳感器的輸出值的修正數據；修正表制作工序，在該修正表制作工序中制作使在上述修正數據算出工序中算出的上述修正數據與從該修正點朝向上述測量觸頭的中心的方向相對應地儲存該修正數據的表。
根據這樣的構成，通過在校對球那樣的球體上設定修正點并對各修正點取得修正數據，可以在所需要的全方向上得到修正數據。
在此，前述修正數據算出工序，最好具有算出修正由前述檢測傳感器檢測出的檢測值的修正系數的修正系數算出工序。前述修正數據算出工序，最好備有算出從前述測量觸頭的基準點(前述檢測傳感器所檢測的位置)到前述被測量物表面的偏移值的偏移值算出工序。
另外，修正點也可以只設定在校對球的半球部分上。而且，對于剩余的半球部分，可以使用測量方向相反且平行的修正數據。
本發明的仿形測頭的修正表的形成方法，上述仿形測頭具有接近或者接觸被測量物表面的測量觸頭和檢測上述測量觸頭與被測量物表面的相對位置的檢測傳感器，將上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置保持在預先設定的基準位置范圍內進行仿形掃描，
上述修正表用于修正從上述仿形測頭的上述檢測傳感器輸出的傳感器輸出，其特征在于，該仿形測頭的修正表的制作方法包括修正點設定工序，在該修正點設定工序中在形狀已知的基準規上設定多個修正點；修正點檢測工序，在該修正點檢測工序中使上述測量觸頭向上述各修正點相對移動，檢測出使該測量觸頭和上述修正點的相對位置為基準位置范圍時的上述修正點的位置；修正數據算出工序，在該修正數據算出工序中把上述修正點檢測工序中的上述檢測傳感器的輸出值與上述修正點的坐標值進行對比，算出修正該檢測傳感器的輸出值的修正數據；修正表制作工序，在該修正表制作工序中制作儲存在上述修正數據算出工序中算出的上述修正數據的表，上述修正點設定工序，根據預先作為測量被測量物的方向所指定的指定測量方向，在該指定測量方向上設定比其他方向多的上述修正點，上述修正數據算出工序，算出使關于上述修正點的測量誤差的平方和為最小的修正數據。
根據這樣的構成，可以得到與作為測量被測量物的方向而預先指定的指定測量方向對應的修正表。
例如，在想測量用XY平面截斷被測量物時的截面輪廓的場合，測量被測量物的方向(指定測量方向)是與Z方向垂直的方向。這時，當制作修正表時，設定在基準規的表面上的修正點多設定在與XY平面交叉的線上(修正點設定工序)。
用仿形測頭檢測這樣設定的修正點(修正點檢測工序)，求出檢測誤差的平方和為最小的修正數據(修正數據算出工序)。這樣，就能得到強烈反映設定在指定測量方向上的多個修正點的影響的修正數據。
通過在指定測量方向上測量被測量物并由根據指定測量方向得到的修正數據修正這時的仿形測頭的檢測值，能正確地測量被測量物的指定測量方向上的形狀。
再有，在修正點設定工序中，在指定測量方向上比其他方向多設定修正點，也包含只在指定測量方向上設定修正點。
另外，作為基準規，除了使用半徑已知的校對球而外，還可以使用各種形狀的基準規。例如，在把指定測量方向定為包含在一個平面內的方向(與一軸垂直的方向)的場合，作為基準規也可以使用環規。
在以上的構成中，前述解析裝置也可以由具有CPU(中央處理裝置)和存儲器的計算裝置成，通過裝入規定的程序，作為修正表、測量方向算出裝置、修正數據選擇裝置、檢測傳感器值修正裝置、測量點算出裝置進行工作。另外，這樣的程序，也可以經互連網等通信手段或CD-ROM、存儲卡等記錄介質進行安裝。在安裝規定的程序的場合，也可以把存儲卡或CD-ROM等直接插入其電子設備上，也可以外設連接讀取這些存儲介質的設備。再有，也可以連接LAN電纜、電話線等通過通信供給并安裝程序，也可以通過無線通信供給并安裝程序。
圖1是本發明的表面仿形測量裝置的第1實施例的測量系統的整體方塊圖。
圖2是表示前述第1實施例的修正表的構成的圖。
圖3是表示前述第1實施例的形狀解析部的構成的圖。
圖4是本發明的仿形測頭的修正表制作方法的第2實施例的流程圖。
圖5是前述第2實施例的在校對球的球面上設定坐標網點的例子。
圖6是前述第2實施例的求坐標網點的坐標的例子。
圖7是表示本發明的表面仿形測量裝置的第3實施例的形狀解析部和修正表的構成的圖。
圖8是表示本發明的表面仿形測量裝置的變形例1的構成的方塊圖。
圖9是表示本發明的仿形測頭的修正表制作方法的第4實施例的原有的修正點的設定的圖。
圖10是表示前述第4實施例的用三個截面測量圓球的情形的圖。
圖11A、圖11B及圖11C是表示前述第4實施例的用原有的修正表修正測量值的樣子的圖。
圖12是表示前述第4實施例的仿形測頭的修正表制作方法的順序的流程圖。
圖13是表示前述第4實施例的在校對球上設定修正點的情形的圖。
圖14是表示前述第4實施例的各參數的關系的圖。
圖15A、圖15B及圖15C是表示前述第4實施例的使用修正表修正了測量值的結果的圖。
圖16是表示前述第4實施例的在校對球上設定了修正點的樣子的圖。
圖17是表示作為用原有的仿形測頭的表面仿形測量裝置的測量系統的圖。
圖18是表示仿形測頭的構成的圖。
圖19A及圖19B是表示在將接觸部對被測量物只壓入基準壓入量Δr的狀態下從視在上的接觸部中心到被測量物的偏移值Q的圖。
具體實施例方式
下面圖示本發明的實施方式并參照附加在圖中的各要素上的符號說明本發明的實施方式。
(第1實施方式)對本發明的表面仿形測量裝置的第1實施方式進行說明。
第1實施方式把作為使用仿形測頭的表面仿形測量裝置的測量系統表示在圖17中。圖1表示測量系統100的功能方塊圖。
該測量系統100的概略構成，是與在背景技術中說明的構成相同的，具有三坐標測量機1、手動操作三坐標測量機1的操作部3，執行三坐標測量機1的驅動控制的動作控制器4，把規定的指令給與動作控制器4，同時執行被測量物W的形狀解析等演算處理的個人計算機5、輸入測量條件等的輸入裝置61、輸出測量結果的輸出裝置62。
三坐標測量機1由平臺11、立設在平臺11上并使仿形測頭2三維地移動的驅動機構(移動機構)12、檢測驅動機構12的驅動量的驅動傳感器13(參照圖1)構成。
驅動機構12由從平臺11的兩側端起在大致垂直于平臺11的方向、即Zm方向上有一定的高度，并可向沿平臺11的側端的Ym軸方向滑動地設置的二根橫梁支承體121、支承橫梁支承體121的上端且在Xm方向上有一定長度的橫梁122、在Xm方向上能滑動地設置在橫梁122上且在Zm的軸方向上有導軌的立柱123、在立柱123內沿Z軸方向能滑動地設置的且用下端保持仿形測頭2的主軸124構成。
在此，由驅動機構12的Xm軸方向、Ym軸方向、Zm軸方向規定機器坐標系。驅動機構12的Xm軸、Ym軸、Zm軸是相互垂直的驅動軸，由橫梁支承體121、立柱123和主軸124構成滑動構件。
驅動傳感器13，如圖1所示，備有檢測橫梁支承體121的向Ym方向的移動的Ym軸傳感器131、檢測立柱123的向Xm方向的移動的Xm軸傳感器132、檢測主軸124的向Z方向移動的Zm軸傳感器133。由驅動傳感器13檢測的檢測結果經由動作控制器4輸出給主機5。
仿形測頭2具有在頂端具有接觸部(測量觸頭)22的觸針21、在一定的范圍內能向Xp方向、Yp方向、Zp方向滑動地支承觸針21的基端的支承部23。
接觸部22被加工成半徑為r的大致圓球。
支承部23具有具有能在互相垂直方向上移動的xp滑塊、yp滑塊和zp滑塊的滑動機構(未圖示)、檢測滑動機構的各軸向的位移量，同時輸出檢測出的位移量的測頭傳感器(檢測傳感器)24。觸針21由滑動機構在一定的范圍內能滑動地支承在支承部23上。
測頭傳感器24，如圖1所示，備有檢測觸針21的向Xp方向的移動的XP方向傳感器241、檢測觸針21的向Yp方向的移動的YP方向傳感器242、檢測觸針21的向Zp方向的移動的ZP方向傳感器243。由測頭傳感器24檢測的觸針21的位移量經由電腦控制部4輸出給主機5。
在此，由滑動機構的Xp方向、Yp方向、Zp方向規定測頭坐標系。
操作部3備有可搖動地設置在操作盤上且用手動操作仿形測頭2的移動的作為手動操作構件的操縱桿31。雖然沒有特別圖示，但操作部3備有檢測操縱桿31的傾斜角等操縱桿31的操作的檢測部，從檢測部出來的信號輸出給動作控制器4。
動作控制器4由對來自驅動傳感器13和測頭傳感器24的檢測信號進行計數的計數器部41、根據來自主機5和操作部3的指令驅動控制驅動機構12的驅動控制電路(驅動控制機構)42構成。
計數器部41備有對從驅動傳感器13輸出的脈沖信號進行計數并計量驅動機構12的驅動量的驅動計數器411、對從測頭傳感器24輸出的脈沖信號進行計數并把觸針21的滑動量作為壓入量來計量的測頭計數器415。
驅動計數器411具有對來自Ym軸傳感器131的輸出進行計數的Ym軸計數器412、對來自Xm軸傳感器132的輸出進行計數的Xm軸計數器413、對來自Zm軸傳感器133的輸出進行計數的Zm軸計數器414。
測頭計數器415備有對來自Xp方向傳感器241的輸出進行計數的Xp方向計數器416、對來自Yp方向傳感器242的輸出進行計數的Yp方向計數器417、對來自Zp方向傳感器243的輸出進行計數的Zp方向計數器418。
由驅動計數器411得到的計數值(Xm、Ym、Zm)和由測頭計數器415得到的計數值(Xp、Yp、Zp)分別輸出給主機5。
主機5備有存儲由輸入裝置61設定并輸入的測量條件等的存儲器(存儲裝置)51；指令對被測量物表面進行仿形的移動方向和移動速度的仿形矢量的仿形矢量指令部52；存儲關于仿形測頭2與被測量物W接觸的方向設定的修正數據的修正表53；解析被測量物W的形狀的形狀解析部54、具有運算裝置和存儲裝置(ROM，RAM)且進行規定程序的執行和數據處理等的中央處理部(CPU)55；連接存儲器51、仿形矢量指令部52、修正表53、形狀解析部54和中央處理部55的總線56。
存儲器51存儲由輸入裝置61設定并輸入的測量條件等，例如，存儲在仿形掃描中采樣驅動機構12的驅動量的間隔(采樣間距511)、相對于被測量物W壓入接觸部22的量Δr(基準壓入量512)、由被測量物W的設計數據等產生的輪廓數據513等。
仿形矢量指令部52，例如，根據設定在存儲器51中的輪廓數據513，生成仿形掃描被測量物W的矢量指令。另外，仿形矢量指令部52，根據測頭計數器415的輸出，生成用基準壓入量Δr把壓入量設定在規定范圍(基準位置范圍)內的壓入方向的矢量指令。用仿形矢量指令部52生成的矢量指令輸出給驅動控制電路42。
修正表53，如圖2所示，關于仿形測頭2與被測量物W接觸的方向，具有將測頭計數器415的計數值修正為被測量物表面的坐標值的修正數據。
修正表53，作為修正數據，存儲著用于修正測頭計數器415的計數值的修正系數(Kxp、Kyp、Kzp)和從接觸部22的(視在的)中心坐標值到被測量物表面的修正半徑r(偏移值Q)。
即，在修正表53中設定有，在每個軸上對測頭計數器415的計數值(Xp、Yp、Zp)相乘來修正每個軸的計數值的修正系數(Kxp、Kyp、Kzp)。
另外，在修正表53中設定有，對接觸部22的(視在的)中心坐標值沿被測量物表面的法線進行加法(或減法)運算，而把接觸部22的中心坐標值修正成被測量物表面的坐標值的修正半徑r(偏移值Q)。
在此，修正表53對于預先設定了多個方向具有修正系數(KxpK、Kyp、Kzp)和修正半徑r的。多個方向(P1～P29)，是使接觸部22與被測量物表面接觸的方向，這樣，作為在修正表53中設定的方向(P1～P29)，最好在測量被測量物W之際從使接觸部22與被測量物表面接觸的全部方向中均勻地抽出。或者，對于朝向相互相反的方向把修正系數和修正半徑做成大致相等，也可以只使相互相反方向的一方具有修正系數和修正半徑。
再有，對于制作修正表53的工序，參照圖4、圖5和圖6在后面的第2實施例中敘述。
形狀解析部54，根據由計數器部41計數的計數值和設定在修正表53中的修正數據解析被測量物表面的形狀。
形狀解析部54，如圖3所示，由測量數據存儲部541、接觸方向算出部(測量方向算出裝置)542、修正數據選擇部(修正數據選擇機裝置)543、修正演算部544、測量數據合成部547構成。
測量數據存儲部541暫時存儲用計數器部41計數的計數值。即，測量數據存儲部541，當輸入由驅動計數器411計數的計數值和由測頭計數器415計數的計數值時對其暫時存儲。
接觸方向算出部542算出仿形測頭2和被測量物W的接觸方向(測量方向)。由測頭計數器415計數的計數值(Xp、Yp、Zp)，由于表示接觸部22被被測量物W押壓的方向(被測量物表面的法線方向)，所以接觸方向算出部542將把接觸部22壓向被測量物W的方向作為與用測頭計數值表示的方向相反的方向來計算。作為一個例子，可以舉出從由測頭計數器415得到的計數值(Xp、Yp、Zp)算出壓入方向(-Xp、-Yp、-Zp)的單位矢量(接觸方向單位矢量)。這樣的接觸方向的計算，可以對用測量觸頭計數器415采樣的所有的測頭計數值進行。
修正數據選擇部543根據由接觸方向算出部542算出的接觸方向(接觸方向單位矢量)選擇設定在修正表53中的修正數據。例如，從設定在修正表53中的方向(P1～P29)中選擇與用接觸方向算出部542算出的接觸方向一致的方向。另外，在與用接觸方向算出部542算出的接觸方向一致的方向不存在于修正表53中的場合，從設定在修正表53中的方向(P1～P29)選擇最接近于接觸方向算出部542算出的接觸方向的方向。這樣一來，作為選擇最接近的方向的手段，例如，求出用形狀解析部542算出的接觸方向單位矢量和設定在修正表53中的方向的單位矢量的內積，選擇內積最大的方向。
當在接觸方向算出部542中算出每個采樣點的接觸方向時，修正數據選擇部543選擇并讀出每個采樣點設定在修正表53中的修正數據。
修正演算部544用修正表53的修正數據修正測頭計數器415的計數值。修正演算部544備有側頭計數值修正部(檢測傳感器值修正部)545和接觸點算出部(測量點算出部)546。
測頭計數值修正部545，使由修正數據選擇部543選擇的修正數據中的修正系數(Kxp、Kyp、Kzp)與各軸的測頭計數值(Xp、Yp、Zp)相乘來修正測頭計數值。即，修正后的計數值(Xa、Ya、Za)表示為下述那樣。
Xd＝Kxp·XpYd＝Kyp·YpZd＝Kzp·Zp這樣修正的測頭計數值(Xa、Ya、Za)表示觸針21的位移量，與接觸部22的中心的位移量相對應，可以求出接觸部22的中心的坐標值。
接觸點算出部546，將由用修正數據選擇部543選擇的修正數據之中的修正半徑r將測頭計數值修正為被測量物表面的接觸點。接觸點算出部546沿接觸部22和被測量物W的接觸方向只使接觸部22的(視在的)中心點坐標值位移修正半徑r。作為接觸部22和被測量物W的接觸方向，也可以使用由接觸方向算出部542算出的接觸方向單位矢量。
應求出的被測量物表面的坐標值，從接觸部22的(視在的)中心點只偏移接觸部22的半徑r大小，當用修正表53的修正半徑r(偏移值Q)向規定方向位移接觸部22的中心點坐標值時，能求出接觸部22和被測量物表面的接觸點坐標值。
測量數據合成部547合成被求出的接觸點的坐標值和由驅動計數器411計數的驅動機構12的驅動量，能求出被測量物W的三維形狀。
驅動機構12的驅動量由驅動傳感器13在機器坐標系中檢測出，觸針21的位移由測頭傳感器24在測頭坐標系中檢測出。而且，測頭傳感器24的輸出值，由修正表53的修正數據修正為接觸部22和被測量物W的接觸點。因此，例如當合成接觸點的坐標值和驅動機構12的驅動量時，能算出被測量物表面形狀。在合成接觸點的坐標值和驅動機構12的驅動量的場合，例如，在把在測頭坐標系中表示的接觸點的坐標值變換成機器坐標系之后，加上驅動機構12的驅動量。
在此，由主機5構成解析裝置，更具體地講，由修正表53和形狀解析部54構成解析裝置。
對備有這樣構成的第1實施例的動作進行說明。
首先，在測量之前設定并輸入測量條件。作為測量條件，可以舉出采樣間距511、基準壓入量512、被測量物的輪廓數據513等。
其次，測量者用操縱桿31輸入的仿形方向指令，或者根據輸廓數據513用仿形矢量指令部52生成的方形矢量指令被輸出給驅動控制電路42。于是，控制信號從驅動控制電路42輸出給驅動機構12并驅動驅動機構12。在由驅動機構12使仿形測頭2相對于被測量物表面壓入到基準壓入量Δr的狀態下沿被測量物表面仿形移動。在仿形掃描時，根據從測頭計數器415輸出給仿形矢量指令部52的測頭計數值，把壓入量控制成為基準壓入量Δr。
用驅動傳感器13檢測用仿形測頭2掃描被測量物表面時的驅動機構12的驅動量，用測頭傳感器24檢測觸針21的位移量。用驅動計數器411計數驅動傳感器13的傳感器輸出，用測頭計數器415對測頭傳感器24的傳感器輸出進行計數。用這樣的計數器部41計數的數據，能以設定的采樣間距511取得。
用計數器部41(驅動計數器411和測頭計數器415)計數而取得的計數值，輸出給測量數據存儲部541并存儲起來，以后，用形狀解析部54解析處理并求出被測量物的表面形狀。
存儲在測量數據存儲部541中的數據之中的、仿形測頭2的位移(測頭計數值)輸出給接觸方向算出部542。在接觸方向算出部542中，從仿形測頭2的位移(Xp、Yp、Zp)算出接觸方向單位矢量，算出接觸部22與被測量物W接觸的方向。
當對于取得的全部的測頭計數值算出接觸方向單位矢量時，由修正數據選擇部543根據這些接觸方向單位矢量，從修正表53中選擇修正測頭計數值的修正系數。
這時，算出接觸方向單位矢量和設定在修正表53中的方向(P1～P29)的單位矢量的內積并選擇內積的絕對值最大的方向。然后，讀出與其方向(P1～P29對應的修正系數(Kxp、Kyp、Kzp)。
讀出的修正系數(Kxp、Kyp、Kzp)輸出給測頭計數值修正部545并與對應的測頭計數值(Xp、Yp、Zp)相乘。于是，測頭計數值被修正，由修正的側頭計數值(Xd、Yd、Zd)正確地求出仿形測頭2相對于被測量物W的壓入量。于是，能求出接觸部22的(視在的)中心坐標值。
另外，根據接觸方向單位矢量，由修正數據選擇部543對各計數值選擇把接觸部22的(視在的)中心坐標修正成與被測量物W的接觸點坐標值的修正半徑r。
選擇的修正半徑r，輸出給接觸點算出部546，與接觸部22的中心坐標值相加(或相減)。
在此，接觸部22的(視在的)中心坐標，可以根據用測頭計數值修正部545修正的測頭計數值(Xd、Yd、Zd)求出。然后，對接觸部22的(視在的)中心坐標值在接觸方向單位矢量的方向上加上修正半徑r，這樣一來，就能算出接觸部22和被測量物表面的接觸點的坐標。算出的接觸點的坐標值，輸出給測量數據合成部547。
算出的接觸點的坐標值和用驅動計數器411計數的驅動機構12的移動量在測量數據合成部547中被合成。這樣一來，可以求出被測量物表面的形狀。
根據備有這樣的構成的第1實施例，可以得到下述的效果。
(1)在修正表53中，由于在每個接觸方向上都設定了作為修正數據的修正系數(Kxp、Kyp、Kzp)，所以即使在由接觸部22與被測量物W接觸的方向在測頭傳感器24上產生檢測誤差的場合，也可以根據接觸方向修正傳感器輸出。于是，由于能正確的檢測壓入量，所以能正確地求出接觸部22的中心坐標值。
而且，在修正表53中，由于在每個接觸方向上設定作為修正數據的修正半徑r，所以通過在接觸部22的(視在的)中心坐標值上加上(或者減去)修正半徑r，可以正確地求出與被測量物表面的接觸點。這時，由于在每個接觸方向上設定了修正半徑r，所以，與接觸部22的形狀誤差(來自圓球的誤差等)和觸針21的撓曲等無關，可以正確地測量被測量物W的表面形狀。
(2)在仿形掃描中，用計數器部41取得的測量數據，一旦存儲在形狀解析部541中，在仿形掃描結束后取得了全部的測量數據時，進行由形狀解析部54進行的運算處理。因而，在進行仿形掃描期間，由于不增加運算處理的負擔，所以可以迅速地進行仿形掃描。
(3)對接觸方向來說，有時由觸針21的撓曲等在測頭傳感器24上產生檢測誤差并不一定能保持基準壓入量Δr保持為一定，但包含由接觸方向產生的基準壓入量的誤差在內可用修正半徑r修正。因而，與接觸方向的觸針21的撓曲無關地正確地求出被測量物W的表面形狀。
(4)由于根據接觸方向用修正系數修正測頭計數值，所以可以正確地求出接觸部22和被測量物表面的接觸方向。于是，由于使修正半徑r從視在上的接觸部中心向正確的接觸方向移動，所以可以正確地求出被測量物表面坐標。
(第2實施例)
下面，對本發明的第2實施例的仿形測頭的修正表制作方法進行說明。圖4表示修正表制作方法的流程圖。
再有，作為第2實施例的測量系統可以使用與第1實施例中說明的構造相同的測量系統。
首先，在ST1中，準備校對球7。校對球7被加工成半徑已知的圓球，例如，如圖17中所示的那樣，配置在平臺11上。
在ST2中，決定校對球7的中心坐標值和半徑。作為決定校對球7的中心坐標值和半徑的方法，例如，可以由預先校正的別的仿形側頭多點測量校對球7來決定中心和半徑。或者，也可以使用接觸信號測頭或利用激光的多普勒效應的檢測器等多點測量校對球7來求出其中心和半徑。這樣求出的校對球7的中心坐標值和半徑被存儲在主機5中。由于校對球7被加工成預先已知半徑的圓球，所以也可以從該設計數據中知道半徑。
在ST3中，在校對球7的球面上設定坐標網點(修正點)P1～P29(修正點設定工序)。用在上邊的ST2中決定的校對球7的中心坐標值和半徑，在校對球7的球面上設定周期性排列的坐標網點P1～P29。
在此，在從各坐標網點P1～P29向校對球7的中心的方向上設定接觸方向，在該接觸方向上，接觸部22與被測量物W接觸時的測頭傳感器輸出(或者測頭計數器輸出)和從接觸部22的中心到被測量物表面的偏移值(例如修正半徑r)被修正。
圖5表示設定在校對球7的球面上的坐標網點(P1～P29)的例子。圖5中，把校對球7的中心作為原點設定相互垂直的X軸、Y軸和Z軸。把通過原點且垂直Z軸的面(XY平面)作為赤道面，從赤道面開始只在成為Z軸正側的半球部分上設定坐標網點。在圖5中，作為坐標網點，準備了29個，在把赤道分成16分的徑線和從赤道到極點(Z軸和校對球7的交點)分成4份的緯線的交點之中的規定的位置上設定坐標網點(P1～P29)。
各坐標網點的坐標值P(x、y、z)，例如，如圖6所示，用角度的參數θ和ψ、校對球7的半徑R并在把校對球7的中心作為原點時表示為下面那樣。
x＝R·sinψcosθy＝R·sinψsinθz＝R·cosψ在ST4中，使仿形測頭2從坐標網點向校對球7的中心的方向移動并使接觸部22與坐標網點P1～P29接觸(修正點檢測工序)。然后，把接觸部22在校對球7上壓入到基準壓入量Δr為止。
這時，由三坐標測量機1的驅動機構12使仿形測頭2移動。因此，當接觸部22與校對球7接觸了后，在把接觸部22壓入在校對球7上的過程中，驅動傳感器13和測頭傳感器24的輸出值會相互對應。
因此，根據驅動傳感器13的輸出值，把接觸部22在各坐標網點上壓入到基準壓入量。
再有，接觸部22和校對球7接觸了的情況，可以由來自測頭傳感器24的檢測信號進行判斷。
在ST5中，算出修正測頭傳感器24的輸出值(或者415的輸出值)的修正系數(Kxp、Kyp、Kzp)和從接觸部22的中心到校對球7的坐標網點的修正半徑(修正數據算出工序)。
在仿形測頭2對坐標網點壓入到基準壓入量Δr的狀態下，檢測測頭傳感器24的輸出(或者測頭計數器的輸出)。然后，對每個軸求出修正測頭傳感器24的輸出值(Xp、Kp、Zp)和驅動傳感器13的輸出值的偏移量的修正系數(Kxp、Kyp、Kzp)。
另外，比較接觸部22的中心點坐標和坐標網點的坐標，算出從接觸部22的視在的中心到坐標網點的偏移值(修正半徑r)。
在ST6中，對設定的全部的坐標網點判斷是否算出了修正系數和修正半徑，在對于全部的坐標網點都算出了修正系數和修正半徑的場合，在ST7中，把修正系數和修正半徑存儲在修正表35中。
在ST7中，對每個接觸方向(P1～P29)存儲修正系數和修正半徑，例如，形成圖2所示的修正表53(修正表形成工序)。
再有，在ST6中，在判斷為對于所有的坐標網點都沒有算出修正系數和修正半徑的場合，返回ST4并算出各坐標網點的修正系數和修正半徑。
在用這樣制作的修正表53修正測頭傳感器24的輸出值和修正半徑的場合，對于用接觸方向算出部542算出的接觸方向單位矢量和在修正表53中設定的方向，算出內積的絕對值，從修正表中選擇內積的絕對值最大的方向。
可是，在修正表53中，作為接觸方向只設定在半球部分(z方向的正側)。在從z方向的正側向z方向的負側邊移動接觸部22邊接觸被測量物的場合(例如，圖5中的箭頭A)，把大致適當的方向設定在修正表53中。因而，可以求出用接觸方向算出部542算出的接觸方向單位矢量和設定在修正表53中的接觸方向(P1～P29)的內積并從修正表53中選擇內積最大的方向。
另一方面，在從z方向的負側向z方向的正側邊使接觸部22移動邊接觸被測量物W的場合(例如，圖5中的肩頭B)，與設定在修正表53中的方向是反方向，但是可以通過計算內積的絕對值從修正表53中選擇方向相反且最接近于平行的方向。
而且，即使所選擇的接觸方向(P1～P29)與設定在修正表53中的方向相反，由于與觸針21的撓曲或偏移值(修正半徑)這樣的測量誤差有關的原因相同，所以即使方向相反，用等價的修正數據也可以將修正測頭傳感器24的輸出修正為被測量物表面的坐標值。
根據這樣的第2實施例，可以具有下面的效果。
(5)通過在校對球7這樣的球體上均勻地設定坐標網點并對各坐標網點取得修正數據，可以對所需的全部方向得到修正數據。
(6)通過只對校對球7的半球部分設定坐標網點，可以使修正數據減半。
(第3實施例)下面對本發明的表面仿形測量裝置的第3實施例進行說明。
第3實施例的基本構成與第1實施例相同，但如圖7所示，修正表的構成不同。
設置多個修正表531、532、……53n，分別對應多個接觸部22存儲修正數據。
例如，在仿形測頭2中，觸針21由直線狀的軸體和具從軸體的頂端開始與軸體垂直地延伸的十字狀的4根臂的十字狀臂構成，而且，有時在十字狀臂的頂端上分別設置接觸部22。
在這樣的場合，修正表設置在每個接觸部(測量觸頭)22上，總計設置4個修正表531、532、533、534。
修正數據選擇部543使用與在仿形測量中用的接觸部(測量觸頭)22對應的修正表，根據與第1實施例同樣的接觸方向進行修正數據的選擇。
在此，各修正表也可以存儲在能裝卸的存儲元件中，能更換。
(變形例1)下面對本發明的變形例1進行說明第1實施例和第3實施例的修正表，設置在主機5中，但變形例1的修正表，如圖8所示，設置在仿形測頭2中。
從而，形狀解析部54從仿形測頭2的修正表91中讀取修正數據，但其他方面與第1實施例或者第3實施例相同。
在此，修正表91也可以存儲在非易失性的存儲裝置中，也可以存儲在能裝卸的存儲元件中，從而能進行更換。
這樣，由于修正表91設置在仿形測頭2上，所以在更換仿形測頭2的場合，也同時更換了修正表91。
根據這樣的構成，可以無差錯地利用與仿形測頭2相應的最佳的修正數據，而且，修正數據不會發生混同，修正數據的管理變得容易。
(第4實施例)對本發明的第4實施例的仿型測頭的修正表的制作方法進行說明。
以前，當求修正測頭傳感器(檢測傳感器)24的檢測值的修正系數和接觸部22的修正半徑r(即偏移值)時，使用最小二乘法，此方法這已為眾所周知。
例如，在多個點上測量作為半徑已知的圓球的校對球7的表面，求出使關于這些測量值的測量誤差的平方和為最小的修正系數和接觸部22的修正半徑r。
這時，設定在校對球7的表面上的修正點，如圖9所示，大致均等地配置在校對球7的半球上。
這樣，根據基于大致均等地配置校對球7的表面上的修正點制成的修正表，可以與測量被測量物W的方向無關地修正測量值。
但是，在這樣的修正表中，由于欲在整體上使誤差最小化，所以存在著無論在哪一個方向上都殘存著誤差的問題。
例如，如圖10所示，當在三個截面上測量圓球71的輪廓時，如圖11A、圖11B及圖11C所示，無論在XY面、YZ面、ZX面的哪一個面上都殘存著誤差。
由此，產生了不能高精度測量被測量物W的形狀的問題。
因此，在第4實施例中，把提供制作用于高精度測量被測量物形狀的仿形測頭的修正表的方法作為目的，采用下面的構成。
參照圖12的流程圖說明本第4實施例的仿形測頭的修正表的制作方法。
再有，把測量對象是用XY平面截斷被測量物W的截面輪廓且測量被測量物W的方向(指定測量方向)是與Z方向垂直的方向的場合作為例子進行說明。
在第4實施例時，首先，在指定(設定)了指定測量方向后、在步驟(ST11)、ST12中，如圖13所示，在校對球7(基準量規)的表面上設定多個修正點(修正點設定工序)。這時，與指定測量方向相對應，在校對球7與XY相交的線上(赤道上)設定多修正點。在這樣設定修正點時，例如，在赤道L1、緯度45°的線L2、極點上分別把采樣間距設定成規定間距，可以在赤道L1上把采樣間距取得短，在緯度45°的線L2上把采樣間距取得長。
接著，在ST13中，使仿形測頭2的接觸部22與設定的這些修正點接觸并使接觸部22在校對球7上壓入基準壓入量Δr(修正點檢測工序)。把這時的測頭傳感器24的輸出值順序存儲在規定的存儲機構中(ST14)。
在對所有的修正點進行檢測時(ST15YES)，在ST16中由最小二乘法算出修正測頭傳感器24的輸出值(或者測頭計數器415的輸出值)的修正系數和從接觸部22的中心到校對球7的修正點的修正半徑r(修正數據算出工序)。
參照圖14說明由最小二乘法算出修正數據(修正系數、修正半徑)的方法。
用3×3的矩陣[A]表示求出的修正系數，用Pi表示測頭傳感器24的輸出值，用Ci表示驅動傳感器13的輸出值。而且，把校對球7的中心坐標設定為S，另外，當把校對球7的半徑定為R′，把需要求出的修正半徑定為r時，接觸部22和校對球7的中心間距離R(＝R′+r)用下式表示。
R＝|Ci+APi-S|從而，使測量誤差為最小的最小二乘式用下式表示。
fi＝|Ci+APi-S|-RΣi=1nfi2→min---(1)]]>在ST17中，把求出的修正系數[A]和修正半徑r存儲在修正表中(修正表制作工序)。
用這樣形成的修正表修正測頭傳感器24的輸出值和修正半徑r。
在此，由修正系數[A]如下面那樣修正測頭傳感器輸出值Pi。
Q=[A]P=A11A12A13A21A22A23A31A32A33P1P2P3=Q1Q2Q3]]>再有，在使用(式1)的最小二乘法時，作為未知數，修正系數[A]的要素是9個，校對球7的中心坐標值是3個，修正半徑r是1個，合計是13個。從而，設定在校對球表面上的修正點必須是13個以上。
根據這樣的第4實施例，可以得到下述的效果。
由于可以制作與測量被測量物W的指定測量方向對應的修正表，所以可以由該修正表正確地修正指定測量方向上的測量值。
例如，當指定測量方向是XY平面內的方向(垂直Z方向的方向)，由與該指定測量方向對應的修正表修正測量值時，如圖15A所示，可以正確地測量圓球71的輪廓。
在此，如圖15B和圖15C所示，對于YZ平面內和ZX平面內的測量，當使用上述修正表時測量誤差變大，但由于把測量被測量物W的方向定在XY平面內，所以其他方向上的修正精度沒有問題。
再有，修正表也可以在每個不同的指定測量方向上形成多個。
而且，在選擇用于修正測量了被測量物W的測量值的修正表時，也可以由外部設定的輸入指定適當的修正表，或者也可以進行自動選擇。
例如，除了上述指定測量方向為XY平面內(與Z方向垂直的方向)的修正表而外，分別形成把YZ平面內(與X方向垂直的方向)和ZX平面內(與Y方向垂直的方向)定為指定測量方向的修正表。
而且，如果選擇與測量被測量物W的方向對應的修正表來修正測量值，除了圖15A的XY平面內而外，即使YZ平面內(參照圖15B)和ZX平面內(參照圖15C)也可以正確地測量被測量物W的形狀。
作為指定測量方向，不只是使仿形測頭2接近被測量物W的方向，也可以使仿形測頭2接觸被測量物W時的觸針21的角度包含在指定測量方向的信息內。在使接觸部22接觸被測量物W時，如果觸針21的角度不同，由于觸針21的彎曲量等不同，所以測頭傳感器24的檢測誤差和修正半徑R也不同，如果與觸針21的角度對應地形成修正表，可以更正確定地進行修正。
把指定測量方向是XY平面內的方向(與Z方向垂直的方向)的場合為例進行了說明，但作為指定測量方向，不局限于此。
例如，作為指定測量方向，除了定為XY平面內的方向(與Z方向垂直的方向)而外，如圖16所示，也可以強化從XY平面內的-45°到+45°的方向等級限定。在該場合，從最小二乘法的未知數的關系考慮，修正點需要13個或13以上。
另外，例如，在被測量物W的形狀是齒輪、葉片、渦旋件(螺旋形狀)的場合，如果預先選定測量這些特殊的形狀的指定測量方向，在校對球上在與這些選定的指定測量方向對應的位置上設定多個修正點，可以形成適合于修正測量各種特殊形狀的測量值的修正表。
另外，除了指定測量方向而外，也可以在每個仿形速度上形成個別的修正表。
再有，本發明不局限于上述實施例，在可以達到本發明的目的的范圍內的變形、改良等都包含在本發明內。
也可以在修正表53中只設定修正系數并在仿形掃描中正確地控制壓入量，使其成為一定。這樣一來，如果接觸部22是圓球并把偏移值看作一定值，就沒有必要根據接觸方向修正偏移值。
在修正數據選擇部543中，通過計算內積的絕對值從修正表53中選擇在反方向上平行的方向，但也可以在整個校正球7從整個表面上設定坐標網點或者通過使對半球部分上設定的坐標網點上取得的修正數據回轉移動等，使之與另外的半球部分對應，從而在修正表53中預先在全部方向上制作修正數據。
不局限于半球部分，例如，也可以在校對球7的八分之一上設定坐標網點。例如，可以在x、y、z為正的象限上設定坐標網點并取得修正數據，其他的象限，通過回轉移動原先取得的數據等來形成。
在第1實施例的修正表53中，也可以不把修正半徑r設定在每個方向上。如果把接觸部22加工成半徑為r的圓球，與方向無關是因為經常把修正半徑做成r。而且，如果用修正系數修正測頭計數值，由于能正確地求出接觸部22的(視在的)中心坐標，所以可以在從該正確地求出的接觸部中心只移動半徑r的位置上求出被測量物表面。
接觸部22的形狀不局限于圓球，也可以是算盤珠形狀或圓板狀。
對于由驅動機構12移動仿形測頭2的場合進行了說明，但由于仿形測頭2和被測量物W可以相對移動，所以也可以固定仿形測頭2而移動被測量物W。
作為測量觸頭，以與被測量物的表面接觸的接觸部22為例，作為檢測傳感器，以測量從被測量物表面壓入接觸部22的位移量的測頭傳感器為例進行了說明，但測量觸頭不局限于與被測量物表面接觸的場合，例如，也可以在與被測量物表面有間隙的狀態下沿被測量物表面仿形掃描。例如，作為測量觸頭，也可以是具有與被測量物表面靜電電容結合的電極，在把該電極的電位保持固定的狀態下，仿形掃描被測量物表面的靜電容量式測頭。該場合，作為一個例子，檢測傳感器可以利用檢測電極電位的電位傳感器。
或者，也可以是把對被測量物表面照射光同時檢測來自被測量物表面的反射光的光學式測頭。例如，把與被測量物表面的間隙保持在光學式測頭的物鏡的焦距上進行仿形掃描的光學式測頭。在這樣的場合下，由本發明的修正表可以修正由使測頭與被測量物表面接近的方向產生的檢測誤差。
在上述實施例中，作為偏移值，是從接觸部22的中心點到被測量物表面的距離，或者，從視在上的接觸部中心到被測量物表面的距離，但偏移值的定義沒有被特別限定，可以由在測量上使用的基準點的采取方法適當定義。例如，作為測量的基準點也可以采用測頭傳感器24的原點。
另外，在測頭上備有測量溫度的溫度傳感器，根據測量測頭的溫度的結果，求出與基準溫度(通常是20℃)的溫度差，如果根據該溫度差再進行修正數據的溫度修正，可以進行更高精度的修正。
在上述實施例中，對于用接觸方向算出部542算出的接觸方向單位矢量從修正表中選擇修正數據并用該選擇的修正數據(修正系數、修正半徑)進行修正處理，但在修正表中不存在與接觸方向一致的方向的場合，也可以通過插補在修正表中設定的修正數據來求出最合適的修正數據。
例如，也可以從修正表的測量方向中選擇幾個與用接觸方向算出部542算出的接觸方向單位矢量接近的方向，通過內插這些選擇的測量方向的修正數據來求出最合適的修正數據。
權利要求
1.一種表面仿形測量裝置，其特征在于，包括仿形測頭，該仿形測頭具有接近或者接觸被測量物表面的測量觸頭和檢測上述測量觸頭與被測量物表面的相對位置的檢測傳感器，將上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置保持在預先設定的基準范圍內進行仿形掃描；移動機構，該移動機構用于使上述仿形測頭沿被測量物表面相對移動；驅動傳感器，該驅動傳感器用于檢測上述移動機構的驅動量；解析裝置，該解析裝置根據由上述檢測傳感器和驅動傳感器檢測出的檢測值解析上述被測量物的形狀，上述解析裝置具有修正表，該修正表儲存有修正數據，該修正數據用于修正在用上述仿形測頭仿形掃描上述被測量物表面之際、在用上述測量觸頭測量上述被測量物表面的每個測量方向上由上述檢測傳感器檢測出的檢測值。
2.如權利要求1所述的表面仿形測量裝置，其特征在于，上述修正表具有修正系數，該修正系數用于修正在用上述仿形測頭仿形掃描上述被測量物表面之際、在用上述測量觸頭測量上述被測量物表面的每個測量方向上由上述檢測傳感器檢測出的檢測值，上述解析裝置包括測量方向算出裝置，該測量方向算出裝置根據由上述檢測傳感器檢測出的檢測值算出用上述測量觸頭測量上述被測量物表面的測量方向；修正數據選擇裝置，該修正數據選擇裝置根據用上述測量方向算出裝置算出的測量方向，從上述修正表中選擇與該測量方向對應的上述修正系數，并將該修正系數作為修正數據；檢測傳感器值修正裝置，該檢測傳感器值修正裝置把用上述修正數據選擇裝置選擇出的上述修正數據與上述檢測傳感器的檢測值相乘來修正上述檢測傳感器的檢測值。
3.如權利要求1所述的表面仿形測量裝置，其特征在于，上述修正表具有，在用上述仿形測頭仿形掃描上述被測量物表面之際、在用上述測量觸頭測量上述被測量物表面的每個測量方向上從上述測量觸頭的基準點到上述被測量物表面的偏移值，上述解析裝置包括測量方向算出裝置，該測量方向算出裝置根據由上述檢測傳感器檢測出的檢測值算出用上述測量觸頭測量上述被測量物表面的測量方向；修正數據選擇裝置，該修正數據選擇裝置根據由上述測量方向算出裝置算出的上述測量方向，從上述修正表中選擇與該測量方向對應的上述偏移值，并將該偏移值作為修正數據；測量點算出裝置，該測量點算出裝置使用由上述修正數據選擇裝置選擇的上述修正數據，使上述基準點的坐標值向上述測量方向只移上述修正數據而求出上述被測量物表面。
4.如權利要求2所述的表面仿形測量裝置，其特征在于，上述修正數據選擇裝置，對于用上述測量方向算出裝置算出的測量方向的矢量，從設定在上述修正表中的測量方向中選擇內積的絕對值最大的方向。
5.如權利要求1至權利要求4的任一項所述的表面仿形測量裝置，其特征在于，在每個上述測量觸頭上都設有上述修正表。
6.如權利要求1至權利要求4的任一項所述的表面仿形測量裝置，其特征在于，上述修正表設在上述仿形測頭上。
7.一種仿形測頭的修正表的制作方法，上述仿形測頭具有接近或者接觸被測量物表面的測量觸頭和檢測上述測量觸頭與被測量物表面的相對位置的檢測傳感器，將上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置保持在預先設定的基準位置范圍內進行仿形掃描，上述修正表用于修正從上述仿形測頭的上述檢測傳感器輸出的傳感器輸出，其特征在于，該仿形測頭的修正表的制作方法包括修正點設定工序，在該修正點設定工序中在半徑和中心坐標值已知的球、即校對球球面上設定坐標值已知的多個修正點；修正點檢測工序，在該修正點檢測工序中使上述測量觸頭沿著從上述各修正點向上述校對球的中心點的方向朝向上述各修正點相對移動，檢測使測量觸頭和上述修正點的相對位置成為基準位置范圍時的上述修正點的位置；修正數據算出工序，在該修正數據算出工序中把上述修正點檢測工序中的上述檢測傳感器的輸出值與上述修正點的坐標值進行對比，算出修正該檢測傳感器的輸出值的修正數據；修正表制作工序，在該修正表制作工序中制作使在上述修正數據算出工序中算出的上述修正數據與從該修正點朝向上述測量觸頭的中心的方向相對應地儲存該修正數據的表。
8.一種仿形測頭的修正表的形成方法，上述仿形測頭具有接近或者接觸被測量物表面的測量觸頭和檢測上述測量觸頭與被測量物表面的相對位置的檢測傳感器，將上述測量觸頭與上述被測量物表面的相對位置保持在預先設定的基準位置范圍內進行仿形掃描，上述修正表用于修正從上述仿形測頭的上述檢測傳感器輸出的傳感器輸出，其特征在于，該仿形測頭的修正表的制作方法包括修正點設定工序，在該修正點設定工序中在形狀已知的基準規上設定多個修正點；修正點檢測工序，在該修正點檢測工序中使上述測量觸頭向上述各修正點相對移動，檢測出使該測量觸頭和上述修正點的相對位置為基準位置范圍時的上述修正點的位置；修正數據算出工序，在該修正數據算出工序中把上述修正點檢測工序中的上述檢測傳感器的輸出值與上述修正點的坐標值進行對比，算出修正該檢測傳感器的輸出值的修正數據；修正表制作工序，在該修正表制作工序中制作儲存在上述修正數據算出工序中算出的上述修正數據的表，上述修正點設定工序，根據預先作為測量被測量物的方向所指定的指定測量方向，在該指定測量方向上設定比其他方向多的上述修正點，上述修正數據算出工序，算出使關于上述修正點的測量誤差的平方和為最小的修正數據。
全文摘要
測量系統包括有驅動仿形測頭的三坐標測量機和主機。主機備有修正表(53)和形狀解析部(54)。修正表(53)在每個接觸方面上都存儲了作為修正數據的用于修正測頭計數器(415)的計數值的修正系數和與接觸部的中心坐標值相對應的到被測量物表面的修正半徑r。形狀解析部(54)包括接觸方向算出部(542)、修正數據選擇部(543)和修正運算部(544)。用接觸方向算出部(543)算出仿形測頭和被測量物(W)的接觸方向，修正數據選擇部(543)根據該接觸方向選擇設定在修正表(53)中的修正數據。
文檔編號G01B21/04GK1621778SQ20041009166
公開日2005年6月1日 申請日期2004年11月24日 優先權日2003年11月25日
發明者野田孝, 小倉勝行 申請人:株式會社三豐