測定装置、測定方法、タッチプローブおよびキャリブレーションゲージ
【課題】被測定物の凹部を測定できない事態の発生を極力回避することができる測定装置を提供する。
【解決手段】被測定物設置体２１９と、筐体２１５に回転自在に設けられているスピンドル２１７とを具備したヘッド２１３と、スピンドル２１７に一体的に設置されるハウジングと測定子６１を具備するスタイラス６０とを備えハウジングがスピンドル２１７に設置されたときに測定子６１がスピンドル２１７の回転中心軸Ｃから離れているタッチプローブ６０と、を有し、スピンドル２１７に設置されている設置済みタッチプローブ６０をインデックス位置決めした状態で、筐体２１５を被測定物設置体２１９に対して相対的に移動し、被測定物設置体２１９に設置された設置済み被測定物の形状を測定するように構成されている被測定物の測定装置２０１である。
【解決手段】被測定物設置体２１９と、筐体２１５に回転自在に設けられているスピンドル２１７とを具備したヘッド２１３と、スピンドル２１７に一体的に設置されるハウジングと測定子６１を具備するスタイラス６０とを備えハウジングがスピンドル２１７に設置されたときに測定子６１がスピンドル２１７の回転中心軸Ｃから離れているタッチプローブ６０と、を有し、スピンドル２１７に設置されている設置済みタッチプローブ６０をインデックス位置決めした状態で、筐体２１５を被測定物設置体２１９に対して相対的に移動し、被測定物設置体２１９に設置された設置済み被測定物の形状を測定するように構成されている被測定物の測定装置２０１である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置および測定方法に係り、特に、タッチプローブを用いて被測定物を測定するものに関する。
【０００２】
また、本発明は、タッチプローブに係り、特に、被測定物の凹面を測定のためのものに関する。
【０００３】
また、本発明は、キャリブレーションゲージに係り、特に、タッチプローブを用いて被測定物を測定する前に使用されるものに関する。
【背景技術】
【０００４】
従来、図１１で示すように、スタイラス４０１が直線的に延びているタッチプローブ４０３を用いて、被測定物（たとえばワーク）Ｗの形状を測定している。
【０００５】
しかし、図１１に示すタッチプローブ４０３では、ワークＷの凹部Ｗ１の形状を測定しようとしてタッチプローブ４０３を移動すると、タッチプローブ４０３の測定子４０５がワークＷの凹部Ｗ１に当接する前に、スタイラス４０１の中間部が凹部Ｗ１の周辺に存在している凸部Ｗ２に接触してしまい、ワークＷの凹部Ｗ１を測定することができない場合がある。
【０００６】
このような不具合を解消するために、図１２で示すように、スタイラスの先端側部位が「十」字状になって枝分かれしているものが知られている。これらのスタイラスの各先端側部位４０７それぞれの先端には、測定子４０５が配置されている。
【０００７】
なお、上記従来の技術に関連する文献としてたとえば特許文献１参照を掲げることができる。
【０００８】
また、従来、図１１や図１２で示すように、タッチプローブを使用して被測定物（たとえばワーク）Ｗの形状を測定している。
【０００９】
なお、図１１や図１２で示す参照符号Ｗ１はワークＷの凹部を示しており、参照符号Ｗ２はワークＷの凸部を示しており、参照符号４０１はスタイラスを示しており、参照符号４０３はタッチプローブを示しており、参照符号４０５（４０５Ａ，４０５Ｂ）は測定子を示しており、参照符号４０７（４０７Ａ，４０７Ｂ）はスタイラス４０１の先端側部位を示している。
【００１０】
また、ワークＷの測定をする前に、ワークＷの測定精度を向上させるために、半球状の部位（凹部や凸部）を備えたキャリブレーションゲージを用いてキャリブレーションを行っている。
【００１１】
なお、上記従来の技術に関連する文献としてたとえば特許文献１参照を掲げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−３４９４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、図１２で示すタッチプローブ４０３を用いたのでは、スタイラス４０１の先端側部位（４つの先端側部位のうちの１つの先端側部位）４０７Ａが向いている方向もしくはこの方向と僅かな交差角度で交差している方向でしか、ワークＷの凹部Ｗ１の測定ができないという問題がある。
【００１４】
すなわち、図１２で示すタッチプローブ４０３では、４本の先端側部位４０７が９０°ずつの角度で交差し「十」字状になっている。
【００１５】
そして、４本の先端側部位４０７のうちの１本の先端側部位４０７Ａ（測定子４０５Ａ）を図１２で示す矢印Ａ１２の方向（先端側部位４０７Ａの軸の延伸方向）に移動して、ワークの凹部の測定をするようになっている。このときに、矢印Ａ１２の方向とワークＷの凹部Ｗ１の測定箇所（測定子４０５Ａが当接する箇所）の法線ベクトルの方向とがお互いに一致している。
【００１６】
ところで、上記法線ベクトルの方向が図１２に矢印Ａ１２ａで示す方向（矢印Ａ１２とは４５°程度の角度で交差する方向）になっている場合には、矢印Ａ１２ａの方向にタッチプローブ４０３（測定子４０５Ａ、先端側部位４０７Ａ）を移動させる必要があり、この移動によって、先端側部位４０７Ａに隣接している先端側部位４０７Ｂもしくは先端側部位４０７Ｃ（測定子４０５Ｂもしくは測定子４０５Ｃ）が、ワークＷ（ワークの凹部Ｗ１周辺の凸部Ｗ２）に接触してしまい、ワークＷの凹部Ｗ１の測定することができない事態が発生する。
【００１７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、被測定物の凹部を測定できない事態の発生を極力回避することができる測定装置（被測定物の測定装置）および測定方法（被測定物の測定方法）を提供することを目的とする。
【００１８】
また、図１２で示すタッチプローブ４０３を用いたのでは、スタイラス４０１の先端側部位（４つの先端側部位のうちの１つの先端側部位）４０７Ａが向いている方向もしくはこの方向と僅かな交差角度で交差している方向でしか、ワークＷの凹部Ｗ１の測定ができないという問題がある。
【００１９】
すなわち、図１２で示すタッチプローブ４０３では、４本の先端側部位４０７が９０°ずつの角度で交差し「十」字状になっている。
【００２０】
そして、４本の先端側部位４０７のうちの１本の先端側部位４０７Ａ（測定子４０５Ａ）を図１２で示す矢印Ａ１２の方向（先端側部位４０７Ａの軸の延伸方向）に移動して、ワークの凹部の測定をするようになっている。
【００２１】
このときに、矢印Ａ１２の方向とワークＷの凹部Ｗ１の測定箇所（測定子４０５Ａが当接する箇所）の法線ベクトルの方向とがお互いに一致している。ところで、上記法線ベクトルの方向が図１２に矢印Ａ１２ａで示す方向（矢印Ａ１２とは４５°程度の角度で交差する方向）になっている場合には、矢印Ａ１２ａの方向にタッチプローブ４０３（測定子４０５Ａ、先端側部位４０７Ａ）を移動させる必要があり、この移動によって、先端側部位４０７Ａに隣接している先端側部位４０７Ｂもしくは先端側部位４０７Ｃ（測定子４０５Ｂもしくは測定子４０５Ｃ）が、ワークＷ（ワークの凹部Ｗ１周辺の凸部Ｗ２）に接触してしまい、ワークＷの凹部Ｗ１の測定することができない事態が発生する。
【００２２】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、被測定物の凹部を測定できない事態の発生を極力回避することができるタッチプローブを提供することを目的とする。
【００２３】
また、上記従来のキャリブレーションゲージでは、球面である３次元形状の曲面を備えているので、精度の良いキャリブレーションゲージの製作に多くの工数の時間とを要してしまうという問題がある。
【００２４】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、精度の良く製作が容易であるキャリブレーションゲージ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】
【００２５】
請求項１に記載の発明は、被測定物が設置される被測定物設置体と、筐体と所定の軸を中心にして前記筐体に回転自在に設けられているスピンドルとを具備し、前記筐体が前記被測定物設置体に対して相対的に移動位置決め自在になっているヘッドと、前記スピンドルに一体的に設置されるハウジングと、前記ハウジングから突出しているスタイラス本体部とこのスタイラス本体部の先端に設けられている測定子とを具備するスタイラスとを備え、前記ハウジングが前記スピンドルに設置されたときに、前記スタイラス本体部、前記測定子の少なくともいずれかが、前記スピンドルの回転中心軸から離れているタッチプローブとを有し、前記ハウジングが前記スピンドルに設置されている設置済みタッチプローブを、前記スピンドルを用いてインデックス位置決めした状態で、前記筐体を前記被測定物設置体に対して相対的に移動し、前記被測定物設置体に設置された設置済み被測定物の形状を測定するように構成されている被測定物の測定装置である。
【００２６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の被測定物の測定装置において、キャリブレーションゲージが設置され、前記筐体に対して相対的に移動位置決め自在であるキャリブレーションゲージ設置体を有し、前記設置済み被測定物の形状を前記設置済みタッチプローブで測定する前に、前記キャリブレーションゲージ設置体に設置された設置済みキャリブレーションゲージを用いてキャリブレーションをするように構成されており、前記キャリブレーションゲージは、所定の１平面に所定形状の１本の仮想曲面を描き、この仮想曲線を前記所定の１平面に対して直交する方向に所定の距離だけ移動したときに、前記仮想曲線の軌跡で表される曲面である２次元曲面を、キャリブレーション用曲面として備えており、前記キャリブレーションは、前記設置済みタッチプローブをインデッックス位置決めして、前記キャリブレーションをするように構成されている被測定物の測定装置である。
【００２７】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の被測定物の測定装置において、キャリブレーションゲージが設置され、前記ヘッドの筐体に対して相対的に移動位置決め自在であるキャリブレーションゲージ設置体を有し、前記設置済み被測定物の形状を前記設置済みタッチプローブで測定する前に、前記キャリブレーションゲージ設置体に設置された設置済みキャリブレーションゲージを用いてキャリブレーションをするように構成されており、前記タッチプローブのスタイラス本体部は、直線状の基端側部位とこの基端側部位に対して所定の角度で交差している直線状の先端側部位とを備えて「Ｌ」字状に形成されており、前記先端側部位の先端に前記測定子が位置しており、前記設置済みタッチプローブでは、前記スピンドルの回転中心軸と前記スタイラス本体部の基端側部位の中心軸とがお互いに一致しており、前記キャリブレーションゲージは、所定の１平面に所定形状の１本の仮想曲面を描き、この仮想曲線を前記所定の１平面に対して直交する方向に所定の距離だけ移動したときに、前記仮想曲線の軌跡で表される曲面である２次元曲面を、キャリブレーション用曲面として備えており、前記設置済み被測定物における所定の一方向をＸ軸方向とし、このＸ軸方向に対して直交する所定の一方向をＹ軸方向とし、前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向とに直交する所定の一方向をＺ軸方向とすると、前記設置済みキャリブレーションゲージは、このキャリブレーション用曲面における前記仮想曲線の移動方向が前記Ｘ軸方向になっており、前記キャリブレーションは、前記設置済み被測定物における所定の被測定点を決定し、この所定の被測定点での法線ベクトルにおけるＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向との３軸方向の成分を求め、前記設置済みキャリブレーションゲージにおけるキャリブレーション用曲面内に存在し、法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とが前記所定の被測定点における法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分と等しくなる所定の仮測定点を決定し、前記所定の被測定点における法線ベクトルのＸ軸方向の成分に対応する分だけ前記スピンドルを回転させるとともに、前記法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とで形成される仮法線ベクトルの方向に、前記仮測定点から所定の距離だけ離れているところに前記測定子を位置させることで、前記設置済みタッチプローブを位置決めし、前記測定子を、前記仮法線ベクトルの方向であって前記設置済みキャリブレーションゲージに接近する方向で、前記設置済みキャリブレーションゲージに対して相対的に移動して、前記測定子を前記仮測定点に当接させて行うように構成されている被測定物の測定装置である。
【００２８】
請求項４に記載の発明は、被測定物の測定方法において、ハウジングと、このハウジングから突出しているスタイラス本体部とこのスタイラス本体部の先端に設けられている測定子とを具備するスタイラスとを備え、前記スタイラス本体部、前記測定子の少なくともいずれかが、所定の軸から離れているタッチプローブを、前記所定の軸を中心にして前記ハウジングを回動しインデックス位置決めするインデックス位置決め段階と、前記インデックス位置決め段階で前記タッチプローブをインデックス位置決めしてある状態で、前記ハウジングを前記被測定物に対して相対的に移動し、前記被測定物の形状を前記タッチプローブで測定する測定段階とを有する被測定物の測定方法である。
【００２９】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の被測定物の測定方法において、前記インデックス位置決め段階で前記ハウジングをインデックス位置決めする前に、キャリブレーションゲージを用いてキャリブレーションをするキャリブレート段階を有し、前記キャリブレーションゲージは、所定の１平面に所定形状の１本の仮想曲面を描き、この仮想曲線を前記所定の１平面に対して直交する方向に所定の距離だけ移動したときに、前記仮想曲線の軌跡で表される曲面である２次元曲面を、キャリブレーション用曲面として備えており、前記キャリブレート段階は、前記所定の軸を中心にして前記ハウジングを回動し前記タッチプローブをインデッックス位置決めし、前記キャリブレーションをする段階である被測定物の測定方法である。
【００３０】
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の被測定物の測定方法において、前記インデックス位置決め段階で前記ハウジングをインデックス位置決めする前に、キャリブレーションゲージを用いてキャリブレーションをするキャリブレート段階を有し、前記キャリブレーションゲージは、所定の１平面に所定形状の１本の仮想曲面を描き、この仮想曲線を前記所定の１平面に対して直交する方向に所定の距離だけ移動したときに、前記仮想曲線の軌跡で表される曲面である２次元曲面を、キャリブレーション用曲面として備えており、前記タッチプローブのスタイラス本体部は、直線状の基端側部位とこの基端側部位に対して所定の角度で交差している直線状の先端側部位とを備えて「Ｌ」字状に形成されており、前記先端側部位の先端に前記測定子が位置しており、前記タッチプローブでは、前記所定の軸と前記スタイラス本体部の基端側部位の中心軸とがお互いに一致しており、前記被測定物における所定の一方向をＸ軸方向とし、このＸ軸方向に対して直交する所定の一方向をＹ軸方向とし、前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向とに直交する所定の一方向をＺ軸方向とすると、前記キャリブレーションゲージは、このキャリブレーション用曲面における前記仮想曲線の移動方向が前記Ｘ軸方向になっており、前記キャリブレーと段階は、前記被測定物における所定の被測定点を決定し、この所定の被測定点での法線ベクトルにおけるＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向との３軸方向の成分を求め、前記キャリブレーションゲージにおけるキャリブレーション用曲面内に存在し、法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とが前記所定の被測定点における法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分と等しくなる所定の仮測定点を決定し、前記所定の被測定点における法線ベクトルのＸ軸方向の成分に対応する分だけ前記スピンドルを回転させるとともに、前記法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とで形成される仮法線ベクトルの方向に、前記仮測定点から所定の距離だけ離れているところに前記測定子を位置させることで、前記設置済みタッチプローブを位置決めし、前記測定子を前記仮法線ベクトルの方向であって前記キャリブレーションゲージ設置体に設置されているキャリブレーションゲージに接近する方向に、前記キャリブレーションゲージ設置体に設置されているキャリブレーションゲージに対して相対的に移動して、前記測定子を前記仮測定点に当接させて前記キャリブレーションをする段階である被測定物の測定方法である。
【００３１】
請求項７に記載の発明は、ハウジングと、前記ハウジングから突出しているスタイラス本体部と、前記スタイラス本体部の先端に設けられている測定子とを有し、前記スタイラス本体部、前記測定子の少なくともいずれかが、所定の軸から離れているタッチプローブである。
【００３２】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のタッチプローブにおいて、前記タッチプローブのスタイラス本体部は、直線状の基端側部位とこの基端側部位に対して所定の角度で交差している直線状の先端側部位とを備えて「Ｌ」字状に形成されており、前記先端側部位の先端に前記測定子が位置しており、前記所定の軸と前記スタイラス本体部の基端側部位の中心軸とがお互いに一致しているタッチプローブである。
【００３３】
請求項９に記載の発明は、所定の１平面に所定形状の１本の仮想曲面を描き、この仮想曲線を前記所定の１平面に対して直交する方向に所定の距離だけ移動したときに、前記仮想曲線の軌跡で表される曲面である２次元曲面を、キャリブレーション用曲面として備えているキャリブレーションゲージである。
【００３４】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載のキャリブレーションゲージにおいて、
前記仮想曲線は、半円の円弧を備えて構成されていることを特徴とするキャリブレーションゲージである。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、被測定物の凹部を測定できない事態の発生を極力回避することができるという効果を奏する。
【００３６】
また、本発明によれば、精度が良く製作が容易であるキャリブレーションゲージを提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係る測定装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図（（ａ）におけるＩＢ矢視図）である。
【図２】被測定物の自由曲面形状を測定するときの説明図である。
【図３】キャリブレーションゲージを用いたキャリブレーションを説明する図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＩＩＩＢ矢視図である。
【図４】キャリブレーションケージおよびそのキャリブレーションケージを用いた測定装置のキャリブレーション方法を実施するシステムの構成を示す図である。
【図５】変形例に係るキャリブレーションゲージの斜視図である。
【図６】（ａ）は変形例に係るキャリブレーションゲージの正面であり、（ｂ）は（ａ）のおけるＶＩＢ矢視図である。
【図７】変形例に係るキャリブレーションゲージを用いたキャリブレーションを説明する図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ断面を示す図である。
【図８】変形例に係るキャリブレーションゲージを用いたキャリブレーションを説明する図である。
【図９】図３（ａ）におけるＩＸ−ＩＸ断面を示す図であり、図８で示すキャリブレーションに対応した図である。
【図１０】変形例に係るタッチプローブを示す図である。
【図１１】タッチプローブを用いて被測定物を測定する場合における従来の態様を示す図である。
【図１２】タッチプローブを用いて被測定物を測定する場合における従来の態様を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明の実施形態に係る測定装置（被測定物の測定装置）２０１は、たとえば、工具によってワークＷを切削加工する門型工作機械等の工作機械（たとえばＣＮＣ３軸加工機）として使用されるものであり、工具（ツール）が交換可能なように構成されている。そして、工具に代えてタッチプローブが装着されることによって、被測定物（たとえば、工具によって自らが加工したワーク）を測定することができるようになっている。なお、測定装置２０１が、被測定物の測定をもっぱら行う専用機であってもよい。
【００３９】
以下、説明の便宜のために、水平な一方向をＸ軸方向とし、水平な他の一方向であってＸ軸方向に対して直交する方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに対して直交する方向（上下方向；鉛直方向）をＺ軸方向とする。
【００４０】
図１で示すように、測定装置２０１は、ベッド２０３を備えている。ベッド２０３両側方（Ｘ軸方向の中間部であってＹ軸方向の両端部）からは一対のコラム２０５が上方に延出している。一対のコラム２０５はベッド２０３に一体的に設けられている。
【００４１】
一対のコラム２０５の上端には、ビーム２０７が設けられている。ビーム２０７は一対のコラム２０５に一体的に設けられており、一対のコラム２０５とビーム２０７とで門型の部位が形成されている。
【００４２】
ビーム２０７には、Ｙ軸テーブル２０９が設けられている。Ｙ軸テーブル２０９は図示しないリニアガイドベアリングを介してビーム２０７に支持されており、図４で示すＹ軸サーボモータ３２等のアアクチュエータによって、コンピュータ式数値制御装置（ＣＮＣ）２０の制御の下、ベッド２０３に対してＹ軸方向で移動位置決め自在になっている。
【００４３】
Ｙ軸テーブル２０９にはＺ軸テーブル（図示せず）が設けられている。Ｚ軸テーブルは図示しないリニアガイドベアリングを介してＹ軸テーブル２０９に支持されており、図４で示すＺ軸サーボモータ３３等のアアクチュエータによって、ＣＮＣ２０の制御の下、Ｙ軸テーブル２０９に対してＺ軸方向で移動位置決め自在になっている。
【００４４】
Ｚ軸テーブルには、ヘッド２１３が設けられている。ヘッド２１３は筐体２１５とスピンドル（回転体）２１７とを備えて構成されている。筐体２１５はＺ軸テーブルに一体的に設けられている。
【００４５】
スピンドル２１７（主軸５１）は、筐体２１５の内側に設けられている。また、スピンドル２１７は、この中心軸Ｃ軸を中心にして筐体２１５に対して回転するようになっている。なお、Ｃ軸はヘッド２１３（スピンドル２１７）の中心を通ってＺ軸方向に延びている軸である。また、スピンドル２１７は、ＣＮＣ２０の制御の下、図４で示すサーボモータ３７等のアクチュエータによって回転駆動され、また、回転位置決めされるようになっている。
【００４６】
サーボモータ３７は、いわゆるビルトインタイプ（固定子が筐体２１５に設けられており、回転子がスピンドル２１７と一体化しているタイプ）になっており、スピンドル２１７の繰り返しの回転位置決め精度は、１／１００００°（０．３６″）程度になっている。
【００４７】
ベッド２０３の上面には、Ｘ軸テーブル２１９が設けられている。Ｘ軸テーブル２１９は図示しないリニアガイドベアリングを介してベッド２０３に載置されて支持されており、図４で示すＸ軸サーボモータ３１等のアアクチュエータによって、ＣＮＣ２０の制御の下、ベッド２０３に対してＸ軸方向で移動位置決め自在になっている。
【００４８】
これにより、ヘッド２１３の筐体２１５は、Ｘ軸テーブル２１９に対して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向で相対的に移動位置決め自在になっている。
【００４９】
なお、ヘッド２１３は、Ｘ軸テーブル２１９から離れてＸ軸テーブル２１９の上方に位置しており、Ｘ軸テーブル２１９の上にはワーク（被測定物）Ｗが、図示しない取付具によって一体的に設置されるようになっている。
【００５０】
スピンドル２１７の下端側部位はヘッド２１３の筐体２１５の下端から突出しており、スピンドル２１７の下端に工具が一体的に設置されるようになっている。そして、Ｘ軸テーブル２１９の上にワークＷを設置してある状態で、ＣＮＣ２０の制御の下、スピンドル２１７を回転するとともに、ヘッド２１３（筐体２１５）をＸ軸テーブル２１９に対して相対的に適宜移動することで、ワークＷに切削加工を施すようになっている。加工によって形成される面は、たとえば３次元曲面になる。
【００５１】
また、切削加工が終了した後、工具をタッチプローブ６０に付け替えて、ＣＮＣ２０の制御の下、スピンドル２１７を回転位置決めするとともに、ヘッド２１３（筐体２１５）をＸ軸テーブル２１９に対して相対的に適宜移動することで、ワークＷの形状を測定するようになっている。
【００５２】
なお、上記加工や測定をする際、ワークＷがＡ軸（Ｘ軸と平行な所定の軸）やＢ軸（Ｙ軸と平行な所定の軸）まわりで回動位置決め自在になっていてもよい。
【００５３】
次に、測定装置２０１の制御システムについて詳しく説明する。
【００５４】
図４で示すように、測定装置２０１の制御システムは、ＣＡＤ・ＣＡＭ機１０と、コンピュータ式数値制御装置（ＣＮＣ）２０とを備えて構成されている。
【００５５】
ＣＡＤ・ＣＡＭ機１０とＣＮＣ２０は、ＲＳ２３２４等によるシリアル通信やＬＡＮ、インタネット等による通信手段４０によって双方向に通信可能に接続されている。なお、ＣＡＤ・ＣＡＭ機１０とＣＮＣ２０は、オフラインで、データの授受が行われてもよい。
【００５６】
ＣＡＤ・ＣＡＭ機１０は、専用コンピュータ、あるいは汎用のパーソナルコンピュータである。ＣＡＤ・ＣＡＭ機１０は、マンマシンインターフェースを含むものであり、コンピュータプログラムを実行することにより、ＣＡＤ・ＣＡＭデータ作成部１１と、測定プログラム作成部１２と、法線ベクトルデータ抽出部１３と、キャリブレーション実行プログラム作成部１４を具現化する。
【００５７】
ＣＡＤ・ＣＡＭデータ作成部１１は、被測定物（加工部）の形状データ、曲面データ（表面データ）、形状データ、曲面データより数値制御用加工プログラムを作成する。
【００５８】
測定プログラム作成部１２は、被測定物の形状精度測定を実行する形状精度測定プログラムを作成する。形状精度測定プログラムは、被測定物の自由曲面（表面）の任意の座標位置を測定点とし、測定点における被測定物表面の法線ベクトルを示すデータに基づいて、測定点より法線ベクトル方向に所定量オフセットした位置を設定し、そのオフセット位置にタッチプローブの測定子中心が位置するようにタッチプローブを軸移動させ、タッチプローブをオフセット位置より測定点の法線ベクトル方向に移動させてタッチプローブの測定子を被測定物の表面に接近接触させ、オフセット位置より被測定物の表面との接触位置までの移動量あるいはそれと等価の数量値を求める手順を、ＣＮＣ２０が実行可能なコンピュータ言語で記述したものである。
【００５９】
形状精度測定プログラムは、被測定物の表面上に複数個の測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…を、直交３軸の座標値（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）によって、順次、指定し、各測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…における被測定物表面の法線ベクトルを記述している。つまり、形状精度測定プログラムは、被測定物の表面上の測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…を、直交３軸の座標値（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）を指定し、指定された測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３毎に、各測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…における被測定物表面の法線ベクトルデータを有する。
【００６０】
測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…における被測定物表面の法線ベクトルは、曲面創成の数式から、Ｘ軸，Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向のベクトルｉ、ｊ、ｋによって定義する仕方と、測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…における接平面の傾斜角度（たとえば、接平面とＸＹ平面との交差角度）Ｂと水平方向の角度（たとえば、接平面とＸＹ平面との交差部位である交線とＸ軸との交差角度）Ｃとにより定義する仕方がある。ここでは、後者を使用することで、指令フォーマットは、次のように表される。指令フォーマットは、「Ｇ＊＊＊＿Ｘ＊＊＿Ｙ＊＊＿Ｚ＊＊＿Ｂ＊＊＿Ｃ＊＊」で表される。
【００６１】
被測定物が、金型のように、ＣＮＣ３軸加工機によって自由曲面形状を加工された加工物である場合、法線ベクトルを示すデータ（傾斜角度Ｂと水平方向の角度Ｃ）は、その自由曲面形状の加工のために、ＣＮＣ３軸加工機で用いられる数値制御用加工プログラムを作成するためのＣＡＤ・ＣＡＭの曲面データより取得することができる。
【００６２】
このことにより、測定プログラム作成部１２は、ＣＡＤ・ＣＡＭデータ作成部１１で作成されたＣＡＤ・ＣＡＭの曲面データより、法線ベクトルを示すデータ（傾斜角度Ｂと水平方向の角度Ｃ）を得る。
【００６３】
ここで、形状精度測定プログラムによる被測定物の形状精度測定について、図２を参照して説明する。
【００６４】
三次元形状測定具として、球状あるいは半球状の測定子６１を有するタッチプローブ６０を使用し、取得した法線ベクトルを示すデータより、測定点（被測定点）Ｓにおいて法線ベクトル方向Ｎｓに所定量オフセットしたオフセット位置Ｐｓｏｆを設定し、そのオフセット位置Ｐｓｏｆに測定子６１の中心Ｔｃが位置するように、タッチプローブ６０を移動し（測定装置２０１のＸ軸テーブル２１９に設置された被測定物Ｗに対して、測定装置２０１のヘッド２１３（スピンドル２１７）に設置されたタッチプローブ６０を移動し）、タッチプローブ６０をオフセット位置Ｐｓｏｆより測定点Ｓの法線ベクトル方向Ｎｓに移動させ、タッチプローブ６０の測定子６１を被測定物（たとえばワーク）Ｗの表面に接近接触させる。オフセット位置Ｐｓｏｆより被測定物Ｗの表面との接触位置までの移動量あるいはそれと等価の数量値を求める。
【００６５】
測定点Ｓの設計上の座標値（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）と、オフセット位置Ｐｓｏｆの座標値（Ｘｓｏｆ，Ｙｓｏｆ，Ｚｓｏｆ）は既知値であるから、誤差ゼロ時のオフセット位置Ｐｓｏｆと測定点Ｓとの法線ベクトル方向の距離、すなわち、肉厚方向の数量値は既知値となり、この既知値（測定基準値）と測定値との差値が、直接、自由曲面ｆ上の測定点Ｓの肉厚方向の形状精度を数量で表すことになる。
【００６６】
この差値が予め設定されている誤差許容値以内であるか否の比較演算を行うことにより、測定点Ｓ毎に、ＯＫ、ＮＧを出力したり、あるいは差値を段階的に分け、誤差レベル（ＶＡＬＵＥ）０〜Ｎを出力することができるようになっている。
【００６７】
被測定物ＷがＣＮＣ３軸加工機（たとえば、工作機械としても使用される測定装置２０１）によって自由曲面形状を加工された加工物である場合には、図２に示されているように、タッチプローブ６０をＣＮＣ３軸加工機の主軸５１（スピンドル２１７）に取り付け、ＣＮＣ３軸加工機の機上で、ＣＮＣ３軸加工機のＣＮＣ２０を用いて自由曲面形状の測定を自動モードで行うことができる。
【００６８】
これにより、ＣＮＣ３軸加工機をＢＣ軸自動オフセット機能（法線ベクトル自動オフセット機能）を備えた面直測定ＣＭＭ（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ）として機能させることができる。
【００６９】
なお、この形状精度測定は、ＢＣ軸自動オフセット機能を備えた面直測定ＣＭＭ等、直交３軸の軸制御系を有するサーボ制御式の三次元測定専用機でも、同等に行うことができる。
【００７０】
ＣＡＤ・ＣＡＭ機１０の法線ベクトルデータ抽出部１３は、測定プログラム作成部１２によって作成された形状精度測定プログラムより、各測定点（被測定点）Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…における被測定物表面の法線ベクトルデータを抽出する。
【００７１】
測定点Ｓにおける法線ベクトルが曲面の傾斜角度Ｂと水平方向の角度Ｃとにより定義されている場合、法線ベクトルデータ抽出部１３は、形状精度測定プログラムの各測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…毎の指令フォーマット（Ｇ＊＊＊＿Ｘ＊＊＿Ｙ＊＊＿Ｚ＊＊＿Ｂ＊＊＿Ｃ＊＊）より、各測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…の（Ｂ＊＊＿Ｃ＊＊）を抽出する。
【００７２】
なお、重複する（Ｂ＊＊＿Ｃ＊＊）については、一つのみが有効になり、同一の（Ｂ＊＊＿Ｃ＊＊）を重複して抽出することがない。
【００７３】
なお、測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…における被測定物表面の法線ベクトルを、Ｘ軸，Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向のベクトルｉ、ｊ、ｋによって定義している場合には、法線ベクトルデータ抽出部１３は、Ｘ軸，Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向のベクトルｉ、ｊ、ｋを抽出する。
【００７４】
キャリブレーション実行プログラム作成部１４は、キャリブレーション実行プログラムを作成する。キャリブレーション実行プログラムは、法線ベクトルデータ抽出部１３が抽出した法線ベクトルデータ（たとえば、Ｂ＊＊＿Ｃ＊＊）毎に、その法線ベクトルデータが示す法線ベクトル方向に関してのみ測定装置のキャリブレーションを実行する指令を記述したものである。
【００７５】
キャリブレーション実行プログラムは、図４に示されているように、所定位置（所定座標位置）に設置されたキャリブレーションゲージ（キャリブレーション用ゲージ）１００に対してタッチプローブ６０の測定子６１の中心がキャリブレーションゲージ１００の凹球面１０１に対して、抽出された法線ベクトルデータ（たとえば、Ｂ＊＊＿Ｃ＊＊）毎に、法線ベクトル方向Ｎｃに所定量オフセットしたオフセット位置Ｐｃｏｆに位置するように、タッチプローブ６０を移動させ、タッチプローブ６０を、オフセット位置Ｐｃｏｆより、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸同期制御（３軸同時制御）によって、法線ベクトル方向Ｎｃに移動させてタッチプローブ６０の測定子６１をキャリブレーションゲージ１００の凹球面１０１に接近接触させ、オフセット位置Ｐｃｏｆよりキャリブレーションゲージ１００の凹球面１０１との接触位置までの移動量あるいはそれと等価の数量値を求める手順を、ＣＮＣ２０が実行可能なコンピュータ言語で記述したものである。
【００７６】
ＣＮＣ２０は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸同期制御が可能なものであり、入出力部２１と、プログラム実行部２２と、Ｘ軸制御部２３と、Ｙ軸制御部２４と、Ｚ軸制御部２５とを有する。また、ＣＮＣ２０は、Ｃ軸制御部２７を備えており、Ｃ軸制御が可能（スピンドル２１７を回転位置決め自在）になっている。Ｃ軸は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸ともに４軸同期制御が可能になっていてもよいしなっていなくてもよい。
【００７７】
プログラム実行部２２は、数値制御用加工プログラム、形状精度測定プログラム、キャリブレーション実行プログラムをユーザ指定で実行する。プログラム実行部２２は、何れのプログラムを実行しても、Ｘ軸制御部２３、Ｙ軸制御部２４、Ｚ軸制御部２５によってＸ軸指令、Ｙ軸指令、Ｚ軸指令を生成し、これら各軸指令を、Ｘ軸サーボモータ３１、Ｙ軸サーボモータ３２、Ｚ軸サーボモータ３３へ出力する。なお、形状精度測定プログラム、キャリブレーション実行プログラムを実行する場合には、上記各軸指令に加えて、Ｃ軸制御部２７によってＣ軸指令を生成し、この生成した軸指令を、Ｃ軸サーボモータ３７へ出力する。
【００７８】
Ｘ軸サーボモータ３１、Ｙ軸サーボモータ３２、Ｚ軸サーボモータ３３、Ｃ軸サーボモータ３７の各々には、ロータリエンコーダ等による位置検出器３４、３５、３６、３８が接続されている。位置検出器３４、３５、３６は、各軸のサーボモータ３１〜３３のモータ位置を検出する。位置検出器３４、３５、３６、３８のモータ位置信号は、フィードバック式のサーボ制御、形状精度測定、キャリブレーションのための位置信号として、ＣＮＣ２０に入力される。
【００７９】
なお、これらの各制御時の位置信号は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸では、各軸に対してリニアセンサを設けることで、リニアセンサの出力信号を用いることもできる。
【００８０】
形状精度測定時と、キャリブレーション時には、Ｘ軸サーボモータ３１、Ｙ軸サーボモータ３２、Ｚ軸サーボモータ３３によって各軸方向に移動し、Ｃ軸サーボモータ３７によって回転するＣＮＣ３軸加工機の主軸５１（スピンドル２１７）に、工具に代えてタッチプローブ６０を取り付ける。タッチプローブ６０の測定子６１の接触を示すオンオフ信号は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）２６を介してＣＮＣ２０に入力される。
【００８１】
タッチプローブ６０による形状精度測定のためのキャリブレーションは、ＣＮＣ２０のプログラム実行部２２がキャリブレーション実行プログラムを実行することにより行われる。
【００８２】
このキャリブレーションは、被測定物の表面上に指定された測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…における被測定物表面より当該被測定物表面の法線ベクトル方向Ｎｃに変位したオフセット位置と測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…の被測定物表面との法線ベクトル方向Ｎｃの距離を計測して表面形状精度を計測する計測装置のキャリブレーションであり、形状精度測定の各測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…における被測定物表面の法線ベクトル方向Ｎｃに関してのみ、キャリブレーションを行う。
【００８３】
本実施形態では、キャリブレーションは、半球状の凹球面１０１を有するキャリブレーションゲージ１００を所定の機械座標位置に取り付け（測定装置２０１のＸ軸テーブル２１９上の所定の位置に取り付け）、形状精度測定と同じ機上で行う。
【００８４】
このキャリブレーションは、図３で示すように、たとえば、キャリブレーションゲージ１００に対してタッチプローブ６０の測定子６１の中心がキャリブレーションゲージ１００の凹球面１０１の１点（測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…）に対して法線ベクトル方向Ｎｃに所定量オフセットしたオフセット位置Ｐｃｏｆに位置するように、Ｘ軸サーボモータ３１、Ｙ軸サーボモータ３２、Ｚ軸サーボモータ３３によって、主軸５１と共にタッチプローブ６０を移動させるとともに、なお、Ｃ軸サーボモータ３７でスピンドル２１７を回転位置決めしておいて、タッチプローブ６０をオフセット位置Ｐｃｏｆより前記１点の法線ベクトル方向Ｎｃに移動させてタッチプローブ６０の測定子６１をキャリブレーションゲージ１００の凹球面１０１に接近接触させ、オフセット位置Ｐｃｏｆよりキャリブレーションゲージ１００の凹球面１０１との接触位置までの移動量あるいはそれと等価の数量値を求めて測定装置２０１のキャリブレーションを行う。
【００８５】
キャリブレーションゲージ１００の形状寸法は既知であるから、オフセット位置Ｐｃｏｆよりキャリブレーションゲージ１００の凹球面１０１の任意の１点までの法線ベクトル方向の距離が既知であり、この距離と上述の移動量の測定値の差値を校正差値としてＣＮＣ２０に取り込み、ＣＮＣ２０による形状精度測定についてチューニングを行う。
【００８６】
そして、キャリブレーション結果の保証として、校正差値を反映したキャリブレーションを同様に行い、校正差値が許容値内になるまで、上述のキャリブレーションを繰り返す。
【００８７】
このキャリブレーションでは、実際の測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…の法線ベクトル方向と同位相で、ダイレクト方式でキャリブレーションが行われるから、形状精度測定において実際に必要な法線ベクトル方向のキャリブレーションだけが行われ、キャリブレーション点数を不必要に増やすことなく、高い形状精度測定結果を保証するキャリブレーションが、精度よく、短時間で行われることになる。
【００８８】
この実施形態で使用されるキャリブレーションゲージ１００は、図３に示されているように、半球状の凹球面１０１を有するすり鉢形状のキャリブレーションゲージである。キャリブレーションゲージ１００は凹球面１０１の開口端側に凹球面１０１の半径と同じ半径による高さ（軸長）ｈの円筒部１０２を凹球面１０１と同心に有する。キャリブレーションゲージ１００は円筒部１０２の開口端の周りに垂直面（たとえばＹ軸方向に対して直交している平面）１０３を有する。
【００８９】
このキャリブレーションゲージ１００では、オフセット位置Ｐｃｏｆは、何れの法線ベクトル方向のキャリブレーションにおいても、凹球面１０１の中心点Ｇｃの一点に設定できる。
【００９０】
このことにより、オフセット位置Ｐｃｏｆを設定するプログラム記述を簡素化でき、キャリブレーションにおけるタッチプローブ６０の総パス長を、凸球面によるキャリブレーションゲージを使用した時より、短くすることができる。このことによっても、キャリブレーションに要する時間を短縮できる。
【００９１】
また、凸球面によるキャリブレーションゲージでは、凸球面に対して、タッチプローブ６０の球状の測定子６１の座りが悪く、測定子６１が凸球面に対して滑るような現象が生じ易いが、凹球面１０１であると、凹球面１０１に対する測定子６１の座りがよくなり、滑りによるタッチプローブ６０のキャリブレーション精度の低下がなくなる。
【００９２】
オフセット位置Ｐｃｏｆの設定、つまり、キャリブレーションゲージ１００の凹球面１０１の中心点Ｇｃの座標（Ｘｃｏｆ、Ｙｃｏｆ、Ｚｃｏｆ）設定は、タッチプローブ６０を用いてＣＮＣ２０が、Ｇコードによる内径部の自動心出し（直交２方向アプローチ）のマクロプログラムを、実行することにより、キャリブレーションゲージ１００の円筒部１０２の自動心出しを行うことで、座標値（Ｘｃｏｆ、Ｙｃｏｆ）を取得し、タッチプローブ６０を用いて水平上面１０３の直交４点のＺ軸位置を測定してその平均値より高さｈ分を差し引きことにより、座標値（Ｚｃｏｆ）を取得できる。
【００９３】
このことにより、凹球面型のキャリブレーションゲージ１００を使用することで、オフセット位置Ｐｃｏｆの設定も容易になり、このことによっても、キャリブレーションに要する時間を短縮できる。
【００９４】
また、キャリブレーションゲージ１００は、半球状の凹球面１０１以外に、半球状の凸球面１０４を有する。また、キャリブレーションゲージ１００では、測定点の被測定物の表面が、凹面か、凸面かに応じて、凹球面１０１と、凸球面１０４とを使い分けることができる。
【００９５】
ここで、測定装置２０１についてさらに詳しく説明する。
【００９６】
測定装置２０１は、図１で示すように、被測定物設置体（Ｘ軸テーブル）２１９と、ヘッド２１３とを備えている。
【００９７】
被測定物設置体２１９には、曲面状の外形面（自由曲面；球面等の３次元曲面）を備えた被測定物Ｗが一体的に設置されるようになっている。
【００９８】
ヘッド２１３は、筐体２１５と所定の軸（Ｃ軸）を中心にして筐体２１５に回転自在に設けられているスピンドル２１７とを具備している。筐体２１５は、被測定物設置体２１９に対して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向で相対的に移動位置決め自在になっている。
【００９９】
スピンドル２１７の下端には、タッチプローブ６０が設置されるようになっている。タッチプローブ６０は、図２等で示すように、ハウジング２２１とスタイラス２２３とを備えている。
【０１００】
スタイラス２２３は、細長い棒状のスタイラス本体部２２５と球状の測定子６１とを備えている。スタイラス本体部２２５は、ハウジング２２１からたとえば、湾曲、屈曲の少なくともいずれかの態様で突出している。測定子６１は、スタイラス本体部２２５の先端でスタイラス本体部２２５に一体的に設けられている。
【０１０１】
ハウジング２２１がスピンドル２１７に一体的に設置された状態では、スタイラス２２３はハウジング２２１から下方に延出している。また、ハウジング２２１がスピンドル２１７に一体的に設置された状態では、スタイラス本体部２２５、測定子６１の少なくともいずれかが、スピンドル２１７の回転中心軸Ｃ１から離れている（オフセットされた位置に存在するように構成されている）。
【０１０２】
ここで、タッチプローブ６０の形態に係る１つ目の態様を例示する（図２参照）。
【０１０３】
スタイラス本体部２２５は、細長い円柱状の素材（たとえば、外径に対して高さが５倍から１００倍程度に十分大きい円柱状の素材）を、この長手方向の中間部（たとえば中央部）で所定の角度θだけ（たとえば９０°）折り曲げて屈曲させることで、直線状の基端側部位２２７と直線状の先端側部位２２９とを備えて「Ｌ」字状の形態になっている。測定子６１は、先端側部位２２９の先端に設けられている。測定子６１の中心は、先端側部位２２９の中心軸ＣＨの延長線上に位置している。
【０１０４】
タッチプローブ６０をスピンドル２１７に設置したときには（設置済みタッチプローブでは）、スピンドル２１７の回転中心軸Ｃとスタイラス本体部２２５の基端側部位２２７の中心軸とがお互いに一致している（スピンドル２１７の回転中心軸Ｃの延長線上にスタイラス本体部２２５の基端側部位２２７の中心軸が存在している）。
【０１０５】
また、タッチプローブ６０をスピンドル２１７に設置したときには、スタイラス本体部２２５の先端側部位２２９の中心軸ＣＨがスピンドル２１７の回転中心軸Ｃとたとえば直交しており、スタイラス本体部２２５の先端側部位２２９が、スピンドル２１７の回転中心軸Ｃ（スタイラス本体部２２５の基端側部位２２７）から離れる方向に延伸している。
【０１０６】
上記１つ目の態様は、タッチプローブ６０をスピンドル２１７に設置したときに、スタイラス本体部２２５の先端側部位２２９と測定子６１とが、スピンドル２１７の回転中心軸Ｃから離れている場合の例である。
【０１０７】
タッチプローブ６０の形態に係る２つ目の態様を例示する（図示せず）。
【０１０８】
スタイラス本体部は、細長い円柱状の素材（たとえば、外径に対して高さが５倍から１００倍程度に十分大きい円柱状の素材）を、この長手方向で湾曲させることで、たとえば、半円状の形態になっている。すなわち、スタイラス本体部の中心軸が半円状になっている。
【０１０９】
タッチプローブをスピンドルに設置したときには、スタイラス本体部の中心軸の基端が、スピンドルの回転中心軸の延長線と交差し、スタイラス本体部の中心軸の先端も、スピンドルの回転中心軸の延長線と交差し、測定子の中心は、スピンドルの回転中心軸の延長線上に存在している。一方、スタイラス本体部の長手方向の中間部が、スピンドルの回転中心軸から離れている。したがって、タッチプローブをスピンドルに設置したときにスピンドルを回転させても、測定子の中心位置は変化せず一定の位置に存在する。一方、タッチプローブをスピンドルに設置したときにスピンドルを回転させると、スタイラス本体部の長手方向での中間部の位置が変化し、スピンドルを１回転させるとスタイラス本体部の中心軸の軌跡は球状になる。
【０１１０】
上記２つ目態様は、タッチプローブをスピンドルに設置したときに、スタイラス本体部のみが、スピンドルの回転中心軸から離れている場合の例である。
【０１１１】
タッチプローブの形態に係る３つ目の態様を掲げる（図示せず）。
【０１１２】
この３つ目の態様は、スタイラス本体部の長さが、上記２つ目の態様よりも短いかもしくは長くなっている。したがって、スタイラス本体部は、たとえば、１／４円状もしくは２／３円状になっている。
【０１１３】
タッチプローブをスピンドルに設置したときには、スタイラス本体部の中心軸の基端が、スピンドルの回転中心軸の延長線と交差し、スタイラス本体部の基端以外の部位がスピンドルの回転中心軸から離れており、測定子の中心もスピンドルの回転中心軸から離れている。
【０１１４】
上記３つ目態様は、タッチプローブをスピンドルに設置したときに、スタイラス本体部と測定子とが、スピンドルの回転中心軸から離れている場合の例である。
【０１１５】
タッチプローブの形態に係る４つ目の態様を例示する（図示せず）。
【０１１６】
スタイラス本体部は、曲がっておらず、細長い円柱状（たとえば、外径に対して高さが５倍から１００倍程度に十分大きい円柱状の素材）に形成されている。測定子は、スタイラス本体部の先端に設けられている。測定子の中心は、スタイラス本体部の中心軸の延長線上に位置している。
【０１１７】
タッチプローブをスピンドルに設置したときには、スタイラス本体部の中心軸の基端は、スピンドルの回転中心軸の延長線と交差しているが、スタイラス本体部の中心軸は、スピンドルの回転中心軸に対して斜めに延伸し、測定子の中心は、スピンドルの回転中心軸から離れている。したがって、タッチプローブをスピンドルに設置したときにスピンドルを回転させると、スタイラス本体部の位置が変化し、スピンドルを１回転させるとスタイラス本体部の中心軸の軌跡は円錐の側面状になる。
【０１１８】
上記４つ目態様は、タッチプローブをスピンドルに設置したときに、スタイラス本体部と測定子とが、スピンドルの回転中心軸から離れている場合の例である。
【０１１９】
なお、上述した１つ目〜３つ目の態様では、スタイラス本体部が「Ｌ」字状に屈曲し、もしくは、円弧状に湾曲しているが、他の形状（たとえば「コ」字状）に屈曲していてもよいし、他の形状（たとえば楕円の円弧状）に湾曲していてもよいし、屈曲と湾曲との両方を含んだ態様になっていてもよい。
【０１２０】
また、上述した１つ目〜４つ目の態様では、スタイラスの本体部が枝別れしておらず、スタイラスの本体部が１本の素材をそのままもしくは屈曲や湾曲させた形態になっており、測定子が１本のスタイラス本体部の先端に１つだけ設けられていることが望ましい。
【０１２１】
また、測定装置２０１は、制御装置（たとえばＣＮＣ２０）の制御の下、ハウジング２２１がスピンドル２１７に設置されている設置済みタッチプローブ６０を、スピンドル２１７をインデックス位置決めすることでインデックス位置決めした状態で、ヘッド２１３の筐体２１５を被測定物設置体２１９に対して相対的に移動（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の少なくともいずれかの方向に、自らの姿勢を変えない平行移動）し、被測定物設置体２１９に設置された設置済み被測定物Ｗの形状（曲面状の外形面；被測定部）を、設置済みタッチプローブ６０で測定するように構成されている。
【０１２２】
タッチプローブ６０は、通常市販されているタッチプローブと同様に、スタイラス２２３に何ら力が加わっていないときには、スタイラス２２３がハウジング２２１に対して所定の位置で所定の姿勢になっている。そして、測定子６１が被測定物Ｗに当接することで、測定子６１（スタイラス２２３）が被測定物Ｗで押され、スタイラス２２３の姿勢（測定子６１の位置）がハウジング２２１に対してごく僅かに変位するようになっている。測定装置２０１は、このごく僅かなスタイラス２２３の変位のし始めを検出することで、測定子６１が被測定物Ｗに当接したときにおけるタッチプローブ６０のハウジング２２１の位置を求め、測定子６１が当接した被測定物Ｗの部位の位置を求めることができるようになっている。さらに、測定装置２０１では、測定子６１が当接した被測定物Ｗの部位の位置を複数求めることで、被測定物Ｗの形状を測定することができるように構成されている。
【０１２３】
なお、すでに理解されるように、測定装置２０１では、タッチプローブ６０の測定子６１を被測定物Ｗの凹部Ｗ１に当接させて、被測定物Ｗの凹部Ｗ１の形状を測定するとき、凹部Ｗ１の周辺に存在している部位（凹部Ｗ１よりも突出している凸位）Ｗ２とスタイラス本体部２２５との干渉を避けるために、スタイラス本体部２２５、測定子６１の少なくともいずれかをスピンドル２１７の回転中心軸Ｃから離してあり、しかも、タッチプローブ６０が設置されたスピンドル２１７をインデックス位置決めするのである（図２、図９等参照）。
【０１２４】
また、測定装置２０１には、キャリブレーションゲージ設置体（たとえば被測定物設置体；Ｘ軸テーブル）２１９が設けられている。キャリブレーションゲージ設置体２１９には、キャリブレーションゲージ１００，１５０（図３、図５等参照）が一体的に設置されるようになっている。キャリブレーションゲージ設置体２１９は、ヘッド２１３の筐体２１５に対して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向。Ｚ軸方向で、相対的に移動位置決め自在になっている。
【０１２５】
そして、測定装置（被測定物の形状測定装置）２０１は、制御装置（たとえばＣＮＣ２０）の制御の下、設置済み被測定物Ｗの形状を設置済みタッチプローブ６０で測定する前に、Ｘ軸テーブル２１９に設置された設置済みキャリブレーションゲージ１００，１５０を用いてキャリブレーションをするように構成されている。
【０１２６】
キャリブレーションゲージ１００は、図３で示すように、半球面を備えている場合もあるが、ここで使用するキャリブレーション（変形例に係るキャリブレーション）１５０は、図５で示すように、２次元曲面を、キャリブレーション用曲面１５１として備えている。
【０１２７】
２次元曲面は、所定の１平面に所定形状の１本の仮想曲面を描き、この仮想曲線（始点と終点とを備え自らが交差することなく延びている曲線）を前記所定の１平面に対して直交する方向に直線的に所定の距離だけ移動したときに、前記仮想曲線の軌跡で表される曲面である。２次元曲面として、たとえば、円柱の側面の一部を掲げることができる。
【０１２８】
前記キャリブレーションゲージ１５０は、設置済みタッチプローブ６０をインデッックス位置決めして、キャリブレーションをするときに使用される。
【０１２９】
このキャリブレーションでは、設置済みタッチプローブ６０の測定子６１は、前述したように、スピンドル２１７の回転中心軸Ｃから離れて存在している。スピンドル２１７の回転中心軸Ｃの延伸方向は、たとえば、前記仮想曲線の移動方向（前記所定の１平面に対して直交する方向；たとえば、Ｘ軸方向）に対して交差する方向（たとえば、直交する方向；Ｙ軸方向）に延びている。また、キャリブレーションは、キャリブレーション用曲面１５１内の所定の点での法線ベクトルの方向に、設置済みタッチプローブ６０の測定子６１を移動してなされるように構成されている。
【０１３０】
キャリブレーションについて例を掲げてさらに詳しく説明する。
【０１３１】
設置済み被測定物Ｗの被測定点における形状測定（測定装置２０１を用いた被測定点の位置測定）は、前述したように、被測定点からこの被測定点での法線ベクトルの方向に設置済みタッチプローブ６０の測定子６１の中心を所定の距離だけ離しておいて、被測定点からこの被測定点の法線ベクトルの方向に設置済みタッチプローブ６０の測定子６１を移動し、設置済みタッチプローブ６０の測定子６１を被測定点に接触させて行うよう構成されている。
【０１３２】
タッチプローブ６０のスタイラス本体部２２５は、前述したように、直線状の基端側部位２２７とこの基端側部位２２７に対して所定の角度（たとえば、９０°）で交差している直線状の先端側部位２２９とを備えて「Ｌ」字状（「ヘ」字状や「レ」字状であってもよい。）に形成されており、先端側部位２２９の先端に測定子６１が位置している。
【０１３３】
設置済みタッチプローブ６０では、スピンドル２１７の回転中心軸Ｃとスタイラス本体部２２５の基端側部位２２７の中心軸とがお互いに一致しており、スタイラス本体部２２５の先端側部位２２９の中心軸ＣＨがスピンドル２１７の回転中心軸Ｃと所定の角度（たとえば、９０°）で交差しており、スタイラス本体部２２５の先端側部位２２９が、スピンドル２１７の回転中心軸Ｃ（スタイラス本体部２２５の基端側部位２２７）から離れる方向に延伸している。
【０１３４】
設置済み被測定物Ｗにおける所定の一方向をＸ軸方向とし、このＸ軸方向に対して直交する所定の一方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに直交する所定の一方向をＺ軸方向とする。設置済みキャリブレーションゲージ１５０では、このキャリブレーション用曲面１５１における仮想曲線（２次元曲面で構成されているキャリブレーション用曲面１５１を形成する仮想曲線）の移動方向がＸ軸方向になっている。
【０１３５】
このような条件の下、キャリブレーションが次のようにしてなされるようになっている。
【０１３６】
まず、設置済み被測定物Ｗにおける所定の被測定点を決定し、この所定の被測定点での法線ベクトルにおけるＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向との３軸方向の成分を求める。
【０１３７】
続いて、設置済みキャリブレーションゲージ１５０におけるキャリブレーション用曲面１５１内に存在する仮測定点であって、法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とが所定の被測定点（設置済み被測定物Ｗの所定の被測定点）における法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分と等しくなる所定の仮測定点（キャリブレーション用被測定点）を決定する。
【０１３８】
続いて、設置済み被測定物Ｗの所定の被測定点における法線ベクトルのＸ軸方向の成分に対応する分だけスピンドル２１７（設置済みタッチプローブ６０）を回転して、スタイラス本体部２２５の先端側部位２２９をインデックス位置決めするとともに、法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とで形成される仮法線ベクトルの方向に、設置済みキャリブレーションゲージ１５０の仮測定点から所定の距離だけ離れているところに、設置済みタッチプローブ６０の測定子６１を位置させることで、設置済みタッチプローブ６０を位置決めする。
【０１３９】
続いて、測定子６１（スピンドル２１７）を、仮法線ベクトルの方向であってキャリブレーションゲージ設置体２１９に設置されているキャリブレーションゲージ（設置済みキャリブレーションゲージ）１５０に接近する方向に、キャリブレーションゲージ設置体２１９に設置されているキャリブレーションゲージ１５０に対して相対的にしかも直線的に移動して、測定子６１を仮測定点に当接させる。これによって、キャリブレーションがなされるようになっている。
【０１４０】
ここで、キャリブレーションゲージ１５０についてさらに詳しく説明する（図５、図６、図７参照）。
【０１４１】
キャリブレーションゲージ１５０の２次元曲面（キャリブレーション用曲面１５１）を形成している仮想曲線は、第１の半円の円弧１５３と、この第１の半円の円弧１５３から離れている第２の半円の円弧１５５と備えて構成されている。すなわち、キャリブレーションゲージ１５０のキャリブレーション用曲面１５１は、第１の円柱側面の半分と、第２の円柱側面の半分とを備えて構成されている。なお、キャリブレーション用曲面１５１として、凹状の第１の円柱側面の半分、凸上の第２の円柱側面の半分の少なくともいずれかを備えている構成であってもよい。
【０１４２】
第２の半円の円弧１５５は、第１の半円の円弧１５３で形成される半円の外側に存在している所定の点Ｃ１（図６（ａ）参照）を中心点として、第１の半円弧１５３を１８０°回動したところに位置している。
【０１４３】
さらには、第１の半円の円弧１５３と第２の半円の円弧１５５とは次に説明するような位置関係になっている。
【０１４４】
まず、円をこの円の所定の直径で２等分して形成される第１の半円（第１の半円の円弧１５３の半円）と第２の半円（第２の半円の円弧１５５の半円）とを得る。第２の半円を第１の半円に対して、前記円が描かれている平面内で前記所定の直径の延伸方向と直交する方向に所定の距離だけ移動して第１の半円から離す。第１の半円から所定の距離だけ離れた第２の半円を前記円が描かれている平面内で第１の半円に対して、前記所定の直径の延伸方向に、前記円の半径よりも大きい所定の距離だけ移動する。このような移動をすることで第１の半円と第２の半円とはお互いが離れた所定の位置関係になる。第１の半円の円弧１５３と第２の半円の円弧１５５との位置関係は、上記第１の半円の円弧と工機第２の半円の円弧との関係になっている。
【０１４５】
そして、第１の半円の円弧１５３によって、凹状キャリブレーション用曲面１５７が形成され、第２の半円の円弧１５５によって、凸状キャリブレーション用曲面１５９が形成されている。
【０１４６】
次に、設置済み被測定物Ｗの被測定点における法線ベクトルのＸ軸方向の成分に対応する分だけスピンドル２１７を回転させることについてさらに詳しく説明する。
【０１４７】
まず、設置済み被測定物Ｗの被測定点における法線ベクトルが、Ｘ軸方向の成分を含んでいない場合について、図７を参照しつつ説明する。なお、図７では、説明の便宜のために、設置済み被測定物Ｗの被測定点における法線ベクトルが、Ｚ軸方向の成分も含んでいないが、Ｚ軸方向の成分を含んでいても、以下の説明と同様に考えることができる。
【０１４８】
設置済み被測定物Ｗの被測定点における法線ベクトルがＸ軸方向の成分を含んでいない場合には、タッチプローブ６０のスタイラス本体部２２５における先端側部位２２９の中心軸ＣＨがＹ軸方向に延伸するように、タッチプローブ６０をＣ軸まわりでインデックス位置決めするとともに、測定子６１の中心が、設置済みキャリブレーションゲージ１５０の第１の半円弧１５３の中心に位置するように、ヘッド２１３（設置済みタッチプローブ６０のハウジング２２１）を位置決めする。
【０１４９】
続いて、設置済みタッチプローブ６０をＹ軸方向に移動して測定子６１をキャリブレーションゲージ１５０（第１の半円弧１５３のキャリブレーション用曲面１５１）に当接させて、キャリブレーションを行う。なお、設置済み被測定物Ｗの被測定点における法線ベクトルが、Ｚ軸方向の成分も含んでいる場合には、設置済みタッチプローブ６０をＹ軸方向とＺ軸方向と斜めに（Ｙ軸方向に対して斜めに）直線的に移動してキャリブレーションを行えばよい。
【０１５０】
次に、設置済み被測定物Ｗの被測定点における法線ベクトルが、Ｘ軸方向の成分を含んでいる場合について、図８、図９を参照しつつ説明する。なお、図８においても図７の場合と同様にして、説明の便宜のために、設置済み被測定物Ｗの被測定点における法線ベクトルが、Ｚ軸方向の成分も含んでいないが、Ｚ軸方向の成分を含んでいても、図７での説明と同様に考えることができる。
【０１５１】
図９は、キャリブレーションゲージ１００を示す図であるが、説明のために、キャリブレーションゲージ１００を被測定物Ｗとする。被測定物Ｗにおける被測定点をＳＷとすると、この被測定点ＳＷにおける法線ベクトルは、Ｘ軸方向の成分とＹ軸方向の成分を有しており、Ｙ軸と角度θＡで交差している。
【０１５２】
図３で示すキャリブレーションゲージ１００を用いて、図９で示す被測定点ＳＷのためのキャリブレーションをする場合には、図９で示すように、設置済みタッチプローブ６０を矢印（被測定点ＳＷにおける法線ベクトルとは逆向きの矢印）のように移動してキャリブレーションをすることになる。
【０１５３】
一方、図５や図６で示すキャリブレーションゲージ１５０を用いて、図９で示す被測定点ＳＷのためのキャリブレーションをする場合には、図８で示すように、設置済みタッチプローブ６０を、タッチプローブ６０のスタイラス本体部２２５における先端側部位２２９の中心軸ＣＨがＹ軸と角度θＡで交差するようにＣ軸まわりでインデックス位置決めしておいて、矢印（Ｙ軸方向に伸びた矢印とは逆向きの矢印）のように移動してキャリブレーションをすることになる。
【０１５４】
なお、図８で示す、測定子６１の中心とキャリブレーション用曲面１５１との間の距離は、たとえば、図９で示す、測定子６１の中心とキャリブレーション用曲面との間の距離（半球の凹部の半径）と等しくなっているものとする。また、図８で示すキャリブレーションをした後には、図８で示す状態から半時計まわりに角度θＡだけ、設置済みタッチプローブ６０回転させて位置決めし、図９で示すようにして、被測定物Ｗの形状測定することが望ましい。
【０１５５】
ところで、被測定物Ｗを測定する場合、図９では、設置済みタッチプローブ６０のスタイラス本体部２２５における先端側部位２２９の中心軸ＣＨが、Ｙ軸方向に延伸しているが、必ずしもこのようになっている必要はなく、先端側部位２２９の中心軸ＣＨがＹ軸に対して斜めに（図示しないが角度θＢだけ傾いて）延伸していてもよい。この場合におけるキャリブレーション（図８に示す態様でのキャリブレーション）は、たとえば、角度θＡに角度θＢを加えたものとなる。
【０１５６】
次に、測定装置２０１の動作を説明する。
【０１５７】
初期状態として、Ｘ軸テーブル２１９上に被測定物（たとえば、測定装置２０１で加工した加工済みワーク）Ｗが設置されており、ヘッド２１３のスピンドル２１７にタッチプローブ６０が設置されているものとする。
【０１５８】
上記初期状態において、ＣＮＣ２０等の制御の下、ワークＷの被測定点を決定し（被測定点が予め決定されていてもよい）、所定の軸（Ｃ軸）を中心にしてハウジング２２１（スピンドル２１７）を回動し、設置済みタッチプローブ６０をインデックス位置決めする（インデックス位置決め段階）。
【０１５９】
続いて、インデックス位置決め段階でタッチプローブ６０をインデックス位置決めしてある状態で、ハウジング２２１を被測定物Ｗに対して相対的に移動し、被測定物Ｗの形状（曲面状の外形面；被測定部）をタッチプローブ６０で測定する（測定段階）。
【０１６０】
なお、測定装置２０１においてキャリブレーションをする場合には、インデックス位置決め段階でハウジング２２１をインデックス位置決めし、測定段階でタッチプローブ６０を用いて被測定物Ｗを測定する前に、キャリブレーションゲージ１５０，１００を用いてキャリブレーションをする（キャリブレート段階）。
【０１６１】
キャリブレート段階は、所定の軸（Ｃ軸）を中心にしてハウジング２２１を回動しタッチプローブ６０をインデッックス位置決めし、キャリブレーションをする段階である。
【０１６２】
さらに説明すると、キャリブレーと段階では、被測定物Ｗにおける所定の被測定点を決定し、この所定の被測定点での法線ベクトルにおけるＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向との３軸方向の成分を求め、たとえば、キャリブレーションゲージ１５０におけるキャリブレーション用曲面１５１内に存在し、法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とが所定の被測定点における法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分と等しくなる所定の仮測定点を決定し、所定の被測定点における法線ベクトルのＸ軸方向の成分に対応する分だけスピンドル２１７を回転させるとともに、法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とで形成される仮法線ベクトルの方向に、仮測定点から所定の距離だけ離れているところに測定子６１を位置させることで、設置済みタッチプローブ６０を位置決めし、測定子６１（スピンドル２１７）を仮法線ベクトルの方向であってキャリブレーションゲージ設置体に設置されているキャリブレーションゲージ１５０に接近する方向に、キャリブレーションゲージ設置体に設置されているキャリブレーションゲージ１５０に対して相対的にしかも直線的に移動して、測定子６１を仮測定点に当接させてキャリブレーションをするようになっている。
【０１６３】
測定装置２０１によれば、スタイラス２２３が軸Ｃからずれている設置済みタッチプローブ６０をインデックス位置決めした状態で、ヘッド２１３の筐体２１５を被測定物設置体２１９に対して相対的に移動し、設置済み被測定物Ｗの形状を測定するように構成されているので、被測定物Ｗの凹部Ｗ１を測定することができない事態の発生を極力回避することができる。
【０１６４】
すなわち、図１１や図１２で示すような（従来のような）形態で被測定物Ｗの凹部Ｗ１の形状を測定しようとしても、上述したようにスタイタス本体部が被測定物Ｗの凸部Ｗ２（凹部Ｗ１周辺の凸部）Ｗ２に接触してしまい、測定子が凹部Ｗ１に届かない事態が発生する。
【０１６５】
これに対して、図２で示すように、スタイラス本体部２２５が長手方向の中間部で曲がっており、しかも、タッチプローブ６０がＣ軸を回動中心にしてインデックス位置決めされるようになっているので、被測定物Ｗの凹部Ｗ１を形状を測定するときに、スタイラスが凹部Ｗ１周辺の凸部Ｗ２に接触してしまう事態を回避する機会が従来よりも増えるのである。
【０１６６】
また、測定装置２０１によれば、設置済みタッチプローブ６０をインデッックス位置決めしてキャリブレーションをするようになっているので、２次元曲面で形成されたキャリブレーション用曲面１５１を用いて、３次元曲面のキャリブレーションを実行するこことができる。
【０１６７】
キャリブレーションゲージ１５０によれば、キャリブレーション用曲面１５１が球面等の３次元曲面では無くて、２次元曲面（円柱側面状の曲面１５７、１５９）で構成されているので、キャリブレーションゲージ１５０の構成が簡素化されており、精度が良く製作が容易であるキャリブレーションゲージ１５０を得ることができる。
【０１６８】
ところで、図１０に示しように、ハウジング２２１を基端側ハウジング２３１と先端側ハウジング２３３とに分割し、軸ＣＸを回動中心にして、先端側ハウジング２３３を基端側ハウジング２３１に対して回動位置決めされるように、タッチプローブ６０を構成してもよい。これによりスタイラス２２３の軸ＣＡの延伸方向を斜めにすることができる。
【符号の説明】
【０１６９】
６０ タッチプローブ
６１ 測定子
１００、１５０ キャリブレーションゲージ
１５１ キャリブレーション用曲面
２０３ ヘッド
２１５ 筐体
２１７ スピンドル
２１９ 被測定物設置体（Ｘ軸テーブル；キャリブレーションゲージ設置体）
２２１ ハウジング
２２３ スタイラス
２２５ スタイラス本体部
２２７ 基端側部位
２２９ 先端側部位
Ｃ 回転中心軸（所定の軸）
Ｗ 測定装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定装置および測定方法に係り、特に、タッチプローブを用いて被測定物を測定するものに関する。
【０００２】
また、本発明は、タッチプローブに係り、特に、被測定物の凹面を測定のためのものに関する。
【０００３】
また、本発明は、キャリブレーションゲージに係り、特に、タッチプローブを用いて被測定物を測定する前に使用されるものに関する。
【背景技術】
【０００４】
従来、図１１で示すように、スタイラス４０１が直線的に延びているタッチプローブ４０３を用いて、被測定物（たとえばワーク）Ｗの形状を測定している。
【０００５】
しかし、図１１に示すタッチプローブ４０３では、ワークＷの凹部Ｗ１の形状を測定しようとしてタッチプローブ４０３を移動すると、タッチプローブ４０３の測定子４０５がワークＷの凹部Ｗ１に当接する前に、スタイラス４０１の中間部が凹部Ｗ１の周辺に存在している凸部Ｗ２に接触してしまい、ワークＷの凹部Ｗ１を測定することができない場合がある。
【０００６】
このような不具合を解消するために、図１２で示すように、スタイラスの先端側部位が「十」字状になって枝分かれしているものが知られている。これらのスタイラスの各先端側部位４０７それぞれの先端には、測定子４０５が配置されている。
【０００７】
なお、上記従来の技術に関連する文献としてたとえば特許文献１参照を掲げることができる。
【０００８】
また、従来、図１１や図１２で示すように、タッチプローブを使用して被測定物（たとえばワーク）Ｗの形状を測定している。
【０００９】
なお、図１１や図１２で示す参照符号Ｗ１はワークＷの凹部を示しており、参照符号Ｗ２はワークＷの凸部を示しており、参照符号４０１はスタイラスを示しており、参照符号４０３はタッチプローブを示しており、参照符号４０５（４０５Ａ，４０５Ｂ）は測定子を示しており、参照符号４０７（４０７Ａ，４０７Ｂ）はスタイラス４０１の先端側部位を示している。
【００１０】
また、ワークＷの測定をする前に、ワークＷの測定精度を向上させるために、半球状の部位（凹部や凸部）を備えたキャリブレーションゲージを用いてキャリブレーションを行っている。
【００１１】
なお、上記従来の技術に関連する文献としてたとえば特許文献１参照を掲げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００６−３４９４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかし、図１２で示すタッチプローブ４０３を用いたのでは、スタイラス４０１の先端側部位（４つの先端側部位のうちの１つの先端側部位）４０７Ａが向いている方向もしくはこの方向と僅かな交差角度で交差している方向でしか、ワークＷの凹部Ｗ１の測定ができないという問題がある。
【００１４】
すなわち、図１２で示すタッチプローブ４０３では、４本の先端側部位４０７が９０°ずつの角度で交差し「十」字状になっている。
【００１５】
そして、４本の先端側部位４０７のうちの１本の先端側部位４０７Ａ（測定子４０５Ａ）を図１２で示す矢印Ａ１２の方向（先端側部位４０７Ａの軸の延伸方向）に移動して、ワークの凹部の測定をするようになっている。このときに、矢印Ａ１２の方向とワークＷの凹部Ｗ１の測定箇所（測定子４０５Ａが当接する箇所）の法線ベクトルの方向とがお互いに一致している。
【００１６】
ところで、上記法線ベクトルの方向が図１２に矢印Ａ１２ａで示す方向（矢印Ａ１２とは４５°程度の角度で交差する方向）になっている場合には、矢印Ａ１２ａの方向にタッチプローブ４０３（測定子４０５Ａ、先端側部位４０７Ａ）を移動させる必要があり、この移動によって、先端側部位４０７Ａに隣接している先端側部位４０７Ｂもしくは先端側部位４０７Ｃ（測定子４０５Ｂもしくは測定子４０５Ｃ）が、ワークＷ（ワークの凹部Ｗ１周辺の凸部Ｗ２）に接触してしまい、ワークＷの凹部Ｗ１の測定することができない事態が発生する。
【００１７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、被測定物の凹部を測定できない事態の発生を極力回避することができる測定装置（被測定物の測定装置）および測定方法（被測定物の測定方法）を提供することを目的とする。
【００１８】
また、図１２で示すタッチプローブ４０３を用いたのでは、スタイラス４０１の先端側部位（４つの先端側部位のうちの１つの先端側部位）４０７Ａが向いている方向もしくはこの方向と僅かな交差角度で交差している方向でしか、ワークＷの凹部Ｗ１の測定ができないという問題がある。
【００１９】
すなわち、図１２で示すタッチプローブ４０３では、４本の先端側部位４０７が９０°ずつの角度で交差し「十」字状になっている。
【００２０】
そして、４本の先端側部位４０７のうちの１本の先端側部位４０７Ａ（測定子４０５Ａ）を図１２で示す矢印Ａ１２の方向（先端側部位４０７Ａの軸の延伸方向）に移動して、ワークの凹部の測定をするようになっている。
【００２１】
このときに、矢印Ａ１２の方向とワークＷの凹部Ｗ１の測定箇所（測定子４０５Ａが当接する箇所）の法線ベクトルの方向とがお互いに一致している。ところで、上記法線ベクトルの方向が図１２に矢印Ａ１２ａで示す方向（矢印Ａ１２とは４５°程度の角度で交差する方向）になっている場合には、矢印Ａ１２ａの方向にタッチプローブ４０３（測定子４０５Ａ、先端側部位４０７Ａ）を移動させる必要があり、この移動によって、先端側部位４０７Ａに隣接している先端側部位４０７Ｂもしくは先端側部位４０７Ｃ（測定子４０５Ｂもしくは測定子４０５Ｃ）が、ワークＷ（ワークの凹部Ｗ１周辺の凸部Ｗ２）に接触してしまい、ワークＷの凹部Ｗ１の測定することができない事態が発生する。
【００２２】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、被測定物の凹部を測定できない事態の発生を極力回避することができるタッチプローブを提供することを目的とする。
【００２３】
また、上記従来のキャリブレーションゲージでは、球面である３次元形状の曲面を備えているので、精度の良いキャリブレーションゲージの製作に多くの工数の時間とを要してしまうという問題がある。
【００２４】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、精度の良く製作が容易であるキャリブレーションゲージ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】
【００２５】
請求項１に記載の発明は、被測定物が設置される被測定物設置体と、筐体と所定の軸を中心にして前記筐体に回転自在に設けられているスピンドルとを具備し、前記筐体が前記被測定物設置体に対して相対的に移動位置決め自在になっているヘッドと、前記スピンドルに一体的に設置されるハウジングと、前記ハウジングから突出しているスタイラス本体部とこのスタイラス本体部の先端に設けられている測定子とを具備するスタイラスとを備え、前記ハウジングが前記スピンドルに設置されたときに、前記スタイラス本体部、前記測定子の少なくともいずれかが、前記スピンドルの回転中心軸から離れているタッチプローブとを有し、前記ハウジングが前記スピンドルに設置されている設置済みタッチプローブを、前記スピンドルを用いてインデックス位置決めした状態で、前記筐体を前記被測定物設置体に対して相対的に移動し、前記被測定物設置体に設置された設置済み被測定物の形状を測定するように構成されている被測定物の測定装置である。
【００２６】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の被測定物の測定装置において、キャリブレーションゲージが設置され、前記筐体に対して相対的に移動位置決め自在であるキャリブレーションゲージ設置体を有し、前記設置済み被測定物の形状を前記設置済みタッチプローブで測定する前に、前記キャリブレーションゲージ設置体に設置された設置済みキャリブレーションゲージを用いてキャリブレーションをするように構成されており、前記キャリブレーションゲージは、所定の１平面に所定形状の１本の仮想曲面を描き、この仮想曲線を前記所定の１平面に対して直交する方向に所定の距離だけ移動したときに、前記仮想曲線の軌跡で表される曲面である２次元曲面を、キャリブレーション用曲面として備えており、前記キャリブレーションは、前記設置済みタッチプローブをインデッックス位置決めして、前記キャリブレーションをするように構成されている被測定物の測定装置である。
【００２７】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の被測定物の測定装置において、キャリブレーションゲージが設置され、前記ヘッドの筐体に対して相対的に移動位置決め自在であるキャリブレーションゲージ設置体を有し、前記設置済み被測定物の形状を前記設置済みタッチプローブで測定する前に、前記キャリブレーションゲージ設置体に設置された設置済みキャリブレーションゲージを用いてキャリブレーションをするように構成されており、前記タッチプローブのスタイラス本体部は、直線状の基端側部位とこの基端側部位に対して所定の角度で交差している直線状の先端側部位とを備えて「Ｌ」字状に形成されており、前記先端側部位の先端に前記測定子が位置しており、前記設置済みタッチプローブでは、前記スピンドルの回転中心軸と前記スタイラス本体部の基端側部位の中心軸とがお互いに一致しており、前記キャリブレーションゲージは、所定の１平面に所定形状の１本の仮想曲面を描き、この仮想曲線を前記所定の１平面に対して直交する方向に所定の距離だけ移動したときに、前記仮想曲線の軌跡で表される曲面である２次元曲面を、キャリブレーション用曲面として備えており、前記設置済み被測定物における所定の一方向をＸ軸方向とし、このＸ軸方向に対して直交する所定の一方向をＹ軸方向とし、前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向とに直交する所定の一方向をＺ軸方向とすると、前記設置済みキャリブレーションゲージは、このキャリブレーション用曲面における前記仮想曲線の移動方向が前記Ｘ軸方向になっており、前記キャリブレーションは、前記設置済み被測定物における所定の被測定点を決定し、この所定の被測定点での法線ベクトルにおけるＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向との３軸方向の成分を求め、前記設置済みキャリブレーションゲージにおけるキャリブレーション用曲面内に存在し、法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とが前記所定の被測定点における法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分と等しくなる所定の仮測定点を決定し、前記所定の被測定点における法線ベクトルのＸ軸方向の成分に対応する分だけ前記スピンドルを回転させるとともに、前記法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とで形成される仮法線ベクトルの方向に、前記仮測定点から所定の距離だけ離れているところに前記測定子を位置させることで、前記設置済みタッチプローブを位置決めし、前記測定子を、前記仮法線ベクトルの方向であって前記設置済みキャリブレーションゲージに接近する方向で、前記設置済みキャリブレーションゲージに対して相対的に移動して、前記測定子を前記仮測定点に当接させて行うように構成されている被測定物の測定装置である。
【００２８】
請求項４に記載の発明は、被測定物の測定方法において、ハウジングと、このハウジングから突出しているスタイラス本体部とこのスタイラス本体部の先端に設けられている測定子とを具備するスタイラスとを備え、前記スタイラス本体部、前記測定子の少なくともいずれかが、所定の軸から離れているタッチプローブを、前記所定の軸を中心にして前記ハウジングを回動しインデックス位置決めするインデックス位置決め段階と、前記インデックス位置決め段階で前記タッチプローブをインデックス位置決めしてある状態で、前記ハウジングを前記被測定物に対して相対的に移動し、前記被測定物の形状を前記タッチプローブで測定する測定段階とを有する被測定物の測定方法である。
【００２９】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の被測定物の測定方法において、前記インデックス位置決め段階で前記ハウジングをインデックス位置決めする前に、キャリブレーションゲージを用いてキャリブレーションをするキャリブレート段階を有し、前記キャリブレーションゲージは、所定の１平面に所定形状の１本の仮想曲面を描き、この仮想曲線を前記所定の１平面に対して直交する方向に所定の距離だけ移動したときに、前記仮想曲線の軌跡で表される曲面である２次元曲面を、キャリブレーション用曲面として備えており、前記キャリブレート段階は、前記所定の軸を中心にして前記ハウジングを回動し前記タッチプローブをインデッックス位置決めし、前記キャリブレーションをする段階である被測定物の測定方法である。
【００３０】
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の被測定物の測定方法において、前記インデックス位置決め段階で前記ハウジングをインデックス位置決めする前に、キャリブレーションゲージを用いてキャリブレーションをするキャリブレート段階を有し、前記キャリブレーションゲージは、所定の１平面に所定形状の１本の仮想曲面を描き、この仮想曲線を前記所定の１平面に対して直交する方向に所定の距離だけ移動したときに、前記仮想曲線の軌跡で表される曲面である２次元曲面を、キャリブレーション用曲面として備えており、前記タッチプローブのスタイラス本体部は、直線状の基端側部位とこの基端側部位に対して所定の角度で交差している直線状の先端側部位とを備えて「Ｌ」字状に形成されており、前記先端側部位の先端に前記測定子が位置しており、前記タッチプローブでは、前記所定の軸と前記スタイラス本体部の基端側部位の中心軸とがお互いに一致しており、前記被測定物における所定の一方向をＸ軸方向とし、このＸ軸方向に対して直交する所定の一方向をＹ軸方向とし、前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向とに直交する所定の一方向をＺ軸方向とすると、前記キャリブレーションゲージは、このキャリブレーション用曲面における前記仮想曲線の移動方向が前記Ｘ軸方向になっており、前記キャリブレーと段階は、前記被測定物における所定の被測定点を決定し、この所定の被測定点での法線ベクトルにおけるＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向との３軸方向の成分を求め、前記キャリブレーションゲージにおけるキャリブレーション用曲面内に存在し、法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とが前記所定の被測定点における法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分と等しくなる所定の仮測定点を決定し、前記所定の被測定点における法線ベクトルのＸ軸方向の成分に対応する分だけ前記スピンドルを回転させるとともに、前記法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とで形成される仮法線ベクトルの方向に、前記仮測定点から所定の距離だけ離れているところに前記測定子を位置させることで、前記設置済みタッチプローブを位置決めし、前記測定子を前記仮法線ベクトルの方向であって前記キャリブレーションゲージ設置体に設置されているキャリブレーションゲージに接近する方向に、前記キャリブレーションゲージ設置体に設置されているキャリブレーションゲージに対して相対的に移動して、前記測定子を前記仮測定点に当接させて前記キャリブレーションをする段階である被測定物の測定方法である。
【００３１】
請求項７に記載の発明は、ハウジングと、前記ハウジングから突出しているスタイラス本体部と、前記スタイラス本体部の先端に設けられている測定子とを有し、前記スタイラス本体部、前記測定子の少なくともいずれかが、所定の軸から離れているタッチプローブである。
【００３２】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のタッチプローブにおいて、前記タッチプローブのスタイラス本体部は、直線状の基端側部位とこの基端側部位に対して所定の角度で交差している直線状の先端側部位とを備えて「Ｌ」字状に形成されており、前記先端側部位の先端に前記測定子が位置しており、前記所定の軸と前記スタイラス本体部の基端側部位の中心軸とがお互いに一致しているタッチプローブである。
【００３３】
請求項９に記載の発明は、所定の１平面に所定形状の１本の仮想曲面を描き、この仮想曲線を前記所定の１平面に対して直交する方向に所定の距離だけ移動したときに、前記仮想曲線の軌跡で表される曲面である２次元曲面を、キャリブレーション用曲面として備えているキャリブレーションゲージである。
【００３４】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載のキャリブレーションゲージにおいて、
前記仮想曲線は、半円の円弧を備えて構成されていることを特徴とするキャリブレーションゲージである。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、被測定物の凹部を測定できない事態の発生を極力回避することができるという効果を奏する。
【００３６】
また、本発明によれば、精度が良く製作が容易であるキャリブレーションゲージを提供することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係る測定装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図（（ａ）におけるＩＢ矢視図）である。
【図２】被測定物の自由曲面形状を測定するときの説明図である。
【図３】キャリブレーションゲージを用いたキャリブレーションを説明する図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＩＩＩＢ矢視図である。
【図４】キャリブレーションケージおよびそのキャリブレーションケージを用いた測定装置のキャリブレーション方法を実施するシステムの構成を示す図である。
【図５】変形例に係るキャリブレーションゲージの斜視図である。
【図６】（ａ）は変形例に係るキャリブレーションゲージの正面であり、（ｂ）は（ａ）のおけるＶＩＢ矢視図である。
【図７】変形例に係るキャリブレーションゲージを用いたキャリブレーションを説明する図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＶＩＩＢ−ＶＩＩＢ断面を示す図である。
【図８】変形例に係るキャリブレーションゲージを用いたキャリブレーションを説明する図である。
【図９】図３（ａ）におけるＩＸ−ＩＸ断面を示す図であり、図８で示すキャリブレーションに対応した図である。
【図１０】変形例に係るタッチプローブを示す図である。
【図１１】タッチプローブを用いて被測定物を測定する場合における従来の態様を示す図である。
【図１２】タッチプローブを用いて被測定物を測定する場合における従来の態様を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明の実施形態に係る測定装置（被測定物の測定装置）２０１は、たとえば、工具によってワークＷを切削加工する門型工作機械等の工作機械（たとえばＣＮＣ３軸加工機）として使用されるものであり、工具（ツール）が交換可能なように構成されている。そして、工具に代えてタッチプローブが装着されることによって、被測定物（たとえば、工具によって自らが加工したワーク）を測定することができるようになっている。なお、測定装置２０１が、被測定物の測定をもっぱら行う専用機であってもよい。
【００３９】
以下、説明の便宜のために、水平な一方向をＸ軸方向とし、水平な他の一方向であってＸ軸方向に対して直交する方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに対して直交する方向（上下方向；鉛直方向）をＺ軸方向とする。
【００４０】
図１で示すように、測定装置２０１は、ベッド２０３を備えている。ベッド２０３両側方（Ｘ軸方向の中間部であってＹ軸方向の両端部）からは一対のコラム２０５が上方に延出している。一対のコラム２０５はベッド２０３に一体的に設けられている。
【００４１】
一対のコラム２０５の上端には、ビーム２０７が設けられている。ビーム２０７は一対のコラム２０５に一体的に設けられており、一対のコラム２０５とビーム２０７とで門型の部位が形成されている。
【００４２】
ビーム２０７には、Ｙ軸テーブル２０９が設けられている。Ｙ軸テーブル２０９は図示しないリニアガイドベアリングを介してビーム２０７に支持されており、図４で示すＹ軸サーボモータ３２等のアアクチュエータによって、コンピュータ式数値制御装置（ＣＮＣ）２０の制御の下、ベッド２０３に対してＹ軸方向で移動位置決め自在になっている。
【００４３】
Ｙ軸テーブル２０９にはＺ軸テーブル（図示せず）が設けられている。Ｚ軸テーブルは図示しないリニアガイドベアリングを介してＹ軸テーブル２０９に支持されており、図４で示すＺ軸サーボモータ３３等のアアクチュエータによって、ＣＮＣ２０の制御の下、Ｙ軸テーブル２０９に対してＺ軸方向で移動位置決め自在になっている。
【００４４】
Ｚ軸テーブルには、ヘッド２１３が設けられている。ヘッド２１３は筐体２１５とスピンドル（回転体）２１７とを備えて構成されている。筐体２１５はＺ軸テーブルに一体的に設けられている。
【００４５】
スピンドル２１７（主軸５１）は、筐体２１５の内側に設けられている。また、スピンドル２１７は、この中心軸Ｃ軸を中心にして筐体２１５に対して回転するようになっている。なお、Ｃ軸はヘッド２１３（スピンドル２１７）の中心を通ってＺ軸方向に延びている軸である。また、スピンドル２１７は、ＣＮＣ２０の制御の下、図４で示すサーボモータ３７等のアクチュエータによって回転駆動され、また、回転位置決めされるようになっている。
【００４６】
サーボモータ３７は、いわゆるビルトインタイプ（固定子が筐体２１５に設けられており、回転子がスピンドル２１７と一体化しているタイプ）になっており、スピンドル２１７の繰り返しの回転位置決め精度は、１／１００００°（０．３６″）程度になっている。
【００４７】
ベッド２０３の上面には、Ｘ軸テーブル２１９が設けられている。Ｘ軸テーブル２１９は図示しないリニアガイドベアリングを介してベッド２０３に載置されて支持されており、図４で示すＸ軸サーボモータ３１等のアアクチュエータによって、ＣＮＣ２０の制御の下、ベッド２０３に対してＸ軸方向で移動位置決め自在になっている。
【００４８】
これにより、ヘッド２１３の筐体２１５は、Ｘ軸テーブル２１９に対して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向で相対的に移動位置決め自在になっている。
【００４９】
なお、ヘッド２１３は、Ｘ軸テーブル２１９から離れてＸ軸テーブル２１９の上方に位置しており、Ｘ軸テーブル２１９の上にはワーク（被測定物）Ｗが、図示しない取付具によって一体的に設置されるようになっている。
【００５０】
スピンドル２１７の下端側部位はヘッド２１３の筐体２１５の下端から突出しており、スピンドル２１７の下端に工具が一体的に設置されるようになっている。そして、Ｘ軸テーブル２１９の上にワークＷを設置してある状態で、ＣＮＣ２０の制御の下、スピンドル２１７を回転するとともに、ヘッド２１３（筐体２１５）をＸ軸テーブル２１９に対して相対的に適宜移動することで、ワークＷに切削加工を施すようになっている。加工によって形成される面は、たとえば３次元曲面になる。
【００５１】
また、切削加工が終了した後、工具をタッチプローブ６０に付け替えて、ＣＮＣ２０の制御の下、スピンドル２１７を回転位置決めするとともに、ヘッド２１３（筐体２１５）をＸ軸テーブル２１９に対して相対的に適宜移動することで、ワークＷの形状を測定するようになっている。
【００５２】
なお、上記加工や測定をする際、ワークＷがＡ軸（Ｘ軸と平行な所定の軸）やＢ軸（Ｙ軸と平行な所定の軸）まわりで回動位置決め自在になっていてもよい。
【００５３】
次に、測定装置２０１の制御システムについて詳しく説明する。
【００５４】
図４で示すように、測定装置２０１の制御システムは、ＣＡＤ・ＣＡＭ機１０と、コンピュータ式数値制御装置（ＣＮＣ）２０とを備えて構成されている。
【００５５】
ＣＡＤ・ＣＡＭ機１０とＣＮＣ２０は、ＲＳ２３２４等によるシリアル通信やＬＡＮ、インタネット等による通信手段４０によって双方向に通信可能に接続されている。なお、ＣＡＤ・ＣＡＭ機１０とＣＮＣ２０は、オフラインで、データの授受が行われてもよい。
【００５６】
ＣＡＤ・ＣＡＭ機１０は、専用コンピュータ、あるいは汎用のパーソナルコンピュータである。ＣＡＤ・ＣＡＭ機１０は、マンマシンインターフェースを含むものであり、コンピュータプログラムを実行することにより、ＣＡＤ・ＣＡＭデータ作成部１１と、測定プログラム作成部１２と、法線ベクトルデータ抽出部１３と、キャリブレーション実行プログラム作成部１４を具現化する。
【００５７】
ＣＡＤ・ＣＡＭデータ作成部１１は、被測定物（加工部）の形状データ、曲面データ（表面データ）、形状データ、曲面データより数値制御用加工プログラムを作成する。
【００５８】
測定プログラム作成部１２は、被測定物の形状精度測定を実行する形状精度測定プログラムを作成する。形状精度測定プログラムは、被測定物の自由曲面（表面）の任意の座標位置を測定点とし、測定点における被測定物表面の法線ベクトルを示すデータに基づいて、測定点より法線ベクトル方向に所定量オフセットした位置を設定し、そのオフセット位置にタッチプローブの測定子中心が位置するようにタッチプローブを軸移動させ、タッチプローブをオフセット位置より測定点の法線ベクトル方向に移動させてタッチプローブの測定子を被測定物の表面に接近接触させ、オフセット位置より被測定物の表面との接触位置までの移動量あるいはそれと等価の数量値を求める手順を、ＣＮＣ２０が実行可能なコンピュータ言語で記述したものである。
【００５９】
形状精度測定プログラムは、被測定物の表面上に複数個の測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…を、直交３軸の座標値（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）によって、順次、指定し、各測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…における被測定物表面の法線ベクトルを記述している。つまり、形状精度測定プログラムは、被測定物の表面上の測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…を、直交３軸の座標値（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）を指定し、指定された測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３毎に、各測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…における被測定物表面の法線ベクトルデータを有する。
【００６０】
測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…における被測定物表面の法線ベクトルは、曲面創成の数式から、Ｘ軸，Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向のベクトルｉ、ｊ、ｋによって定義する仕方と、測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…における接平面の傾斜角度（たとえば、接平面とＸＹ平面との交差角度）Ｂと水平方向の角度（たとえば、接平面とＸＹ平面との交差部位である交線とＸ軸との交差角度）Ｃとにより定義する仕方がある。ここでは、後者を使用することで、指令フォーマットは、次のように表される。指令フォーマットは、「Ｇ＊＊＊＿Ｘ＊＊＿Ｙ＊＊＿Ｚ＊＊＿Ｂ＊＊＿Ｃ＊＊」で表される。
【００６１】
被測定物が、金型のように、ＣＮＣ３軸加工機によって自由曲面形状を加工された加工物である場合、法線ベクトルを示すデータ（傾斜角度Ｂと水平方向の角度Ｃ）は、その自由曲面形状の加工のために、ＣＮＣ３軸加工機で用いられる数値制御用加工プログラムを作成するためのＣＡＤ・ＣＡＭの曲面データより取得することができる。
【００６２】
このことにより、測定プログラム作成部１２は、ＣＡＤ・ＣＡＭデータ作成部１１で作成されたＣＡＤ・ＣＡＭの曲面データより、法線ベクトルを示すデータ（傾斜角度Ｂと水平方向の角度Ｃ）を得る。
【００６３】
ここで、形状精度測定プログラムによる被測定物の形状精度測定について、図２を参照して説明する。
【００６４】
三次元形状測定具として、球状あるいは半球状の測定子６１を有するタッチプローブ６０を使用し、取得した法線ベクトルを示すデータより、測定点（被測定点）Ｓにおいて法線ベクトル方向Ｎｓに所定量オフセットしたオフセット位置Ｐｓｏｆを設定し、そのオフセット位置Ｐｓｏｆに測定子６１の中心Ｔｃが位置するように、タッチプローブ６０を移動し（測定装置２０１のＸ軸テーブル２１９に設置された被測定物Ｗに対して、測定装置２０１のヘッド２１３（スピンドル２１７）に設置されたタッチプローブ６０を移動し）、タッチプローブ６０をオフセット位置Ｐｓｏｆより測定点Ｓの法線ベクトル方向Ｎｓに移動させ、タッチプローブ６０の測定子６１を被測定物（たとえばワーク）Ｗの表面に接近接触させる。オフセット位置Ｐｓｏｆより被測定物Ｗの表面との接触位置までの移動量あるいはそれと等価の数量値を求める。
【００６５】
測定点Ｓの設計上の座標値（Ｘｓ，Ｙｓ，Ｚｓ）と、オフセット位置Ｐｓｏｆの座標値（Ｘｓｏｆ，Ｙｓｏｆ，Ｚｓｏｆ）は既知値であるから、誤差ゼロ時のオフセット位置Ｐｓｏｆと測定点Ｓとの法線ベクトル方向の距離、すなわち、肉厚方向の数量値は既知値となり、この既知値（測定基準値）と測定値との差値が、直接、自由曲面ｆ上の測定点Ｓの肉厚方向の形状精度を数量で表すことになる。
【００６６】
この差値が予め設定されている誤差許容値以内であるか否の比較演算を行うことにより、測定点Ｓ毎に、ＯＫ、ＮＧを出力したり、あるいは差値を段階的に分け、誤差レベル（ＶＡＬＵＥ）０〜Ｎを出力することができるようになっている。
【００６７】
被測定物ＷがＣＮＣ３軸加工機（たとえば、工作機械としても使用される測定装置２０１）によって自由曲面形状を加工された加工物である場合には、図２に示されているように、タッチプローブ６０をＣＮＣ３軸加工機の主軸５１（スピンドル２１７）に取り付け、ＣＮＣ３軸加工機の機上で、ＣＮＣ３軸加工機のＣＮＣ２０を用いて自由曲面形状の測定を自動モードで行うことができる。
【００６８】
これにより、ＣＮＣ３軸加工機をＢＣ軸自動オフセット機能（法線ベクトル自動オフセット機能）を備えた面直測定ＣＭＭ（Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ）として機能させることができる。
【００６９】
なお、この形状精度測定は、ＢＣ軸自動オフセット機能を備えた面直測定ＣＭＭ等、直交３軸の軸制御系を有するサーボ制御式の三次元測定専用機でも、同等に行うことができる。
【００７０】
ＣＡＤ・ＣＡＭ機１０の法線ベクトルデータ抽出部１３は、測定プログラム作成部１２によって作成された形状精度測定プログラムより、各測定点（被測定点）Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…における被測定物表面の法線ベクトルデータを抽出する。
【００７１】
測定点Ｓにおける法線ベクトルが曲面の傾斜角度Ｂと水平方向の角度Ｃとにより定義されている場合、法線ベクトルデータ抽出部１３は、形状精度測定プログラムの各測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…毎の指令フォーマット（Ｇ＊＊＊＿Ｘ＊＊＿Ｙ＊＊＿Ｚ＊＊＿Ｂ＊＊＿Ｃ＊＊）より、各測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…の（Ｂ＊＊＿Ｃ＊＊）を抽出する。
【００７２】
なお、重複する（Ｂ＊＊＿Ｃ＊＊）については、一つのみが有効になり、同一の（Ｂ＊＊＿Ｃ＊＊）を重複して抽出することがない。
【００７３】
なお、測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…における被測定物表面の法線ベクトルを、Ｘ軸，Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向のベクトルｉ、ｊ、ｋによって定義している場合には、法線ベクトルデータ抽出部１３は、Ｘ軸，Ｙ軸、Ｚ軸の各軸方向のベクトルｉ、ｊ、ｋを抽出する。
【００７４】
キャリブレーション実行プログラム作成部１４は、キャリブレーション実行プログラムを作成する。キャリブレーション実行プログラムは、法線ベクトルデータ抽出部１３が抽出した法線ベクトルデータ（たとえば、Ｂ＊＊＿Ｃ＊＊）毎に、その法線ベクトルデータが示す法線ベクトル方向に関してのみ測定装置のキャリブレーションを実行する指令を記述したものである。
【００７５】
キャリブレーション実行プログラムは、図４に示されているように、所定位置（所定座標位置）に設置されたキャリブレーションゲージ（キャリブレーション用ゲージ）１００に対してタッチプローブ６０の測定子６１の中心がキャリブレーションゲージ１００の凹球面１０１に対して、抽出された法線ベクトルデータ（たとえば、Ｂ＊＊＿Ｃ＊＊）毎に、法線ベクトル方向Ｎｃに所定量オフセットしたオフセット位置Ｐｃｏｆに位置するように、タッチプローブ６０を移動させ、タッチプローブ６０を、オフセット位置Ｐｃｏｆより、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸同期制御（３軸同時制御）によって、法線ベクトル方向Ｎｃに移動させてタッチプローブ６０の測定子６１をキャリブレーションゲージ１００の凹球面１０１に接近接触させ、オフセット位置Ｐｃｏｆよりキャリブレーションゲージ１００の凹球面１０１との接触位置までの移動量あるいはそれと等価の数量値を求める手順を、ＣＮＣ２０が実行可能なコンピュータ言語で記述したものである。
【００７６】
ＣＮＣ２０は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸同期制御が可能なものであり、入出力部２１と、プログラム実行部２２と、Ｘ軸制御部２３と、Ｙ軸制御部２４と、Ｚ軸制御部２５とを有する。また、ＣＮＣ２０は、Ｃ軸制御部２７を備えており、Ｃ軸制御が可能（スピンドル２１７を回転位置決め自在）になっている。Ｃ軸は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸ともに４軸同期制御が可能になっていてもよいしなっていなくてもよい。
【００７７】
プログラム実行部２２は、数値制御用加工プログラム、形状精度測定プログラム、キャリブレーション実行プログラムをユーザ指定で実行する。プログラム実行部２２は、何れのプログラムを実行しても、Ｘ軸制御部２３、Ｙ軸制御部２４、Ｚ軸制御部２５によってＸ軸指令、Ｙ軸指令、Ｚ軸指令を生成し、これら各軸指令を、Ｘ軸サーボモータ３１、Ｙ軸サーボモータ３２、Ｚ軸サーボモータ３３へ出力する。なお、形状精度測定プログラム、キャリブレーション実行プログラムを実行する場合には、上記各軸指令に加えて、Ｃ軸制御部２７によってＣ軸指令を生成し、この生成した軸指令を、Ｃ軸サーボモータ３７へ出力する。
【００７８】
Ｘ軸サーボモータ３１、Ｙ軸サーボモータ３２、Ｚ軸サーボモータ３３、Ｃ軸サーボモータ３７の各々には、ロータリエンコーダ等による位置検出器３４、３５、３６、３８が接続されている。位置検出器３４、３５、３６は、各軸のサーボモータ３１〜３３のモータ位置を検出する。位置検出器３４、３５、３６、３８のモータ位置信号は、フィードバック式のサーボ制御、形状精度測定、キャリブレーションのための位置信号として、ＣＮＣ２０に入力される。
【００７９】
なお、これらの各制御時の位置信号は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸では、各軸に対してリニアセンサを設けることで、リニアセンサの出力信号を用いることもできる。
【００８０】
形状精度測定時と、キャリブレーション時には、Ｘ軸サーボモータ３１、Ｙ軸サーボモータ３２、Ｚ軸サーボモータ３３によって各軸方向に移動し、Ｃ軸サーボモータ３７によって回転するＣＮＣ３軸加工機の主軸５１（スピンドル２１７）に、工具に代えてタッチプローブ６０を取り付ける。タッチプローブ６０の測定子６１の接触を示すオンオフ信号は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）２６を介してＣＮＣ２０に入力される。
【００８１】
タッチプローブ６０による形状精度測定のためのキャリブレーションは、ＣＮＣ２０のプログラム実行部２２がキャリブレーション実行プログラムを実行することにより行われる。
【００８２】
このキャリブレーションは、被測定物の表面上に指定された測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…における被測定物表面より当該被測定物表面の法線ベクトル方向Ｎｃに変位したオフセット位置と測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…の被測定物表面との法線ベクトル方向Ｎｃの距離を計測して表面形状精度を計測する計測装置のキャリブレーションであり、形状精度測定の各測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…における被測定物表面の法線ベクトル方向Ｎｃに関してのみ、キャリブレーションを行う。
【００８３】
本実施形態では、キャリブレーションは、半球状の凹球面１０１を有するキャリブレーションゲージ１００を所定の機械座標位置に取り付け（測定装置２０１のＸ軸テーブル２１９上の所定の位置に取り付け）、形状精度測定と同じ機上で行う。
【００８４】
このキャリブレーションは、図３で示すように、たとえば、キャリブレーションゲージ１００に対してタッチプローブ６０の測定子６１の中心がキャリブレーションゲージ１００の凹球面１０１の１点（測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…）に対して法線ベクトル方向Ｎｃに所定量オフセットしたオフセット位置Ｐｃｏｆに位置するように、Ｘ軸サーボモータ３１、Ｙ軸サーボモータ３２、Ｚ軸サーボモータ３３によって、主軸５１と共にタッチプローブ６０を移動させるとともに、なお、Ｃ軸サーボモータ３７でスピンドル２１７を回転位置決めしておいて、タッチプローブ６０をオフセット位置Ｐｃｏｆより前記１点の法線ベクトル方向Ｎｃに移動させてタッチプローブ６０の測定子６１をキャリブレーションゲージ１００の凹球面１０１に接近接触させ、オフセット位置Ｐｃｏｆよりキャリブレーションゲージ１００の凹球面１０１との接触位置までの移動量あるいはそれと等価の数量値を求めて測定装置２０１のキャリブレーションを行う。
【００８５】
キャリブレーションゲージ１００の形状寸法は既知であるから、オフセット位置Ｐｃｏｆよりキャリブレーションゲージ１００の凹球面１０１の任意の１点までの法線ベクトル方向の距離が既知であり、この距離と上述の移動量の測定値の差値を校正差値としてＣＮＣ２０に取り込み、ＣＮＣ２０による形状精度測定についてチューニングを行う。
【００８６】
そして、キャリブレーション結果の保証として、校正差値を反映したキャリブレーションを同様に行い、校正差値が許容値内になるまで、上述のキャリブレーションを繰り返す。
【００８７】
このキャリブレーションでは、実際の測定点Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３…の法線ベクトル方向と同位相で、ダイレクト方式でキャリブレーションが行われるから、形状精度測定において実際に必要な法線ベクトル方向のキャリブレーションだけが行われ、キャリブレーション点数を不必要に増やすことなく、高い形状精度測定結果を保証するキャリブレーションが、精度よく、短時間で行われることになる。
【００８８】
この実施形態で使用されるキャリブレーションゲージ１００は、図３に示されているように、半球状の凹球面１０１を有するすり鉢形状のキャリブレーションゲージである。キャリブレーションゲージ１００は凹球面１０１の開口端側に凹球面１０１の半径と同じ半径による高さ（軸長）ｈの円筒部１０２を凹球面１０１と同心に有する。キャリブレーションゲージ１００は円筒部１０２の開口端の周りに垂直面（たとえばＹ軸方向に対して直交している平面）１０３を有する。
【００８９】
このキャリブレーションゲージ１００では、オフセット位置Ｐｃｏｆは、何れの法線ベクトル方向のキャリブレーションにおいても、凹球面１０１の中心点Ｇｃの一点に設定できる。
【００９０】
このことにより、オフセット位置Ｐｃｏｆを設定するプログラム記述を簡素化でき、キャリブレーションにおけるタッチプローブ６０の総パス長を、凸球面によるキャリブレーションゲージを使用した時より、短くすることができる。このことによっても、キャリブレーションに要する時間を短縮できる。
【００９１】
また、凸球面によるキャリブレーションゲージでは、凸球面に対して、タッチプローブ６０の球状の測定子６１の座りが悪く、測定子６１が凸球面に対して滑るような現象が生じ易いが、凹球面１０１であると、凹球面１０１に対する測定子６１の座りがよくなり、滑りによるタッチプローブ６０のキャリブレーション精度の低下がなくなる。
【００９２】
オフセット位置Ｐｃｏｆの設定、つまり、キャリブレーションゲージ１００の凹球面１０１の中心点Ｇｃの座標（Ｘｃｏｆ、Ｙｃｏｆ、Ｚｃｏｆ）設定は、タッチプローブ６０を用いてＣＮＣ２０が、Ｇコードによる内径部の自動心出し（直交２方向アプローチ）のマクロプログラムを、実行することにより、キャリブレーションゲージ１００の円筒部１０２の自動心出しを行うことで、座標値（Ｘｃｏｆ、Ｙｃｏｆ）を取得し、タッチプローブ６０を用いて水平上面１０３の直交４点のＺ軸位置を測定してその平均値より高さｈ分を差し引きことにより、座標値（Ｚｃｏｆ）を取得できる。
【００９３】
このことにより、凹球面型のキャリブレーションゲージ１００を使用することで、オフセット位置Ｐｃｏｆの設定も容易になり、このことによっても、キャリブレーションに要する時間を短縮できる。
【００９４】
また、キャリブレーションゲージ１００は、半球状の凹球面１０１以外に、半球状の凸球面１０４を有する。また、キャリブレーションゲージ１００では、測定点の被測定物の表面が、凹面か、凸面かに応じて、凹球面１０１と、凸球面１０４とを使い分けることができる。
【００９５】
ここで、測定装置２０１についてさらに詳しく説明する。
【００９６】
測定装置２０１は、図１で示すように、被測定物設置体（Ｘ軸テーブル）２１９と、ヘッド２１３とを備えている。
【００９７】
被測定物設置体２１９には、曲面状の外形面（自由曲面；球面等の３次元曲面）を備えた被測定物Ｗが一体的に設置されるようになっている。
【００９８】
ヘッド２１３は、筐体２１５と所定の軸（Ｃ軸）を中心にして筐体２１５に回転自在に設けられているスピンドル２１７とを具備している。筐体２１５は、被測定物設置体２１９に対して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向で相対的に移動位置決め自在になっている。
【００９９】
スピンドル２１７の下端には、タッチプローブ６０が設置されるようになっている。タッチプローブ６０は、図２等で示すように、ハウジング２２１とスタイラス２２３とを備えている。
【０１００】
スタイラス２２３は、細長い棒状のスタイラス本体部２２５と球状の測定子６１とを備えている。スタイラス本体部２２５は、ハウジング２２１からたとえば、湾曲、屈曲の少なくともいずれかの態様で突出している。測定子６１は、スタイラス本体部２２５の先端でスタイラス本体部２２５に一体的に設けられている。
【０１０１】
ハウジング２２１がスピンドル２１７に一体的に設置された状態では、スタイラス２２３はハウジング２２１から下方に延出している。また、ハウジング２２１がスピンドル２１７に一体的に設置された状態では、スタイラス本体部２２５、測定子６１の少なくともいずれかが、スピンドル２１７の回転中心軸Ｃ１から離れている（オフセットされた位置に存在するように構成されている）。
【０１０２】
ここで、タッチプローブ６０の形態に係る１つ目の態様を例示する（図２参照）。
【０１０３】
スタイラス本体部２２５は、細長い円柱状の素材（たとえば、外径に対して高さが５倍から１００倍程度に十分大きい円柱状の素材）を、この長手方向の中間部（たとえば中央部）で所定の角度θだけ（たとえば９０°）折り曲げて屈曲させることで、直線状の基端側部位２２７と直線状の先端側部位２２９とを備えて「Ｌ」字状の形態になっている。測定子６１は、先端側部位２２９の先端に設けられている。測定子６１の中心は、先端側部位２２９の中心軸ＣＨの延長線上に位置している。
【０１０４】
タッチプローブ６０をスピンドル２１７に設置したときには（設置済みタッチプローブでは）、スピンドル２１７の回転中心軸Ｃとスタイラス本体部２２５の基端側部位２２７の中心軸とがお互いに一致している（スピンドル２１７の回転中心軸Ｃの延長線上にスタイラス本体部２２５の基端側部位２２７の中心軸が存在している）。
【０１０５】
また、タッチプローブ６０をスピンドル２１７に設置したときには、スタイラス本体部２２５の先端側部位２２９の中心軸ＣＨがスピンドル２１７の回転中心軸Ｃとたとえば直交しており、スタイラス本体部２２５の先端側部位２２９が、スピンドル２１７の回転中心軸Ｃ（スタイラス本体部２２５の基端側部位２２７）から離れる方向に延伸している。
【０１０６】
上記１つ目の態様は、タッチプローブ６０をスピンドル２１７に設置したときに、スタイラス本体部２２５の先端側部位２２９と測定子６１とが、スピンドル２１７の回転中心軸Ｃから離れている場合の例である。
【０１０７】
タッチプローブ６０の形態に係る２つ目の態様を例示する（図示せず）。
【０１０８】
スタイラス本体部は、細長い円柱状の素材（たとえば、外径に対して高さが５倍から１００倍程度に十分大きい円柱状の素材）を、この長手方向で湾曲させることで、たとえば、半円状の形態になっている。すなわち、スタイラス本体部の中心軸が半円状になっている。
【０１０９】
タッチプローブをスピンドルに設置したときには、スタイラス本体部の中心軸の基端が、スピンドルの回転中心軸の延長線と交差し、スタイラス本体部の中心軸の先端も、スピンドルの回転中心軸の延長線と交差し、測定子の中心は、スピンドルの回転中心軸の延長線上に存在している。一方、スタイラス本体部の長手方向の中間部が、スピンドルの回転中心軸から離れている。したがって、タッチプローブをスピンドルに設置したときにスピンドルを回転させても、測定子の中心位置は変化せず一定の位置に存在する。一方、タッチプローブをスピンドルに設置したときにスピンドルを回転させると、スタイラス本体部の長手方向での中間部の位置が変化し、スピンドルを１回転させるとスタイラス本体部の中心軸の軌跡は球状になる。
【０１１０】
上記２つ目態様は、タッチプローブをスピンドルに設置したときに、スタイラス本体部のみが、スピンドルの回転中心軸から離れている場合の例である。
【０１１１】
タッチプローブの形態に係る３つ目の態様を掲げる（図示せず）。
【０１１２】
この３つ目の態様は、スタイラス本体部の長さが、上記２つ目の態様よりも短いかもしくは長くなっている。したがって、スタイラス本体部は、たとえば、１／４円状もしくは２／３円状になっている。
【０１１３】
タッチプローブをスピンドルに設置したときには、スタイラス本体部の中心軸の基端が、スピンドルの回転中心軸の延長線と交差し、スタイラス本体部の基端以外の部位がスピンドルの回転中心軸から離れており、測定子の中心もスピンドルの回転中心軸から離れている。
【０１１４】
上記３つ目態様は、タッチプローブをスピンドルに設置したときに、スタイラス本体部と測定子とが、スピンドルの回転中心軸から離れている場合の例である。
【０１１５】
タッチプローブの形態に係る４つ目の態様を例示する（図示せず）。
【０１１６】
スタイラス本体部は、曲がっておらず、細長い円柱状（たとえば、外径に対して高さが５倍から１００倍程度に十分大きい円柱状の素材）に形成されている。測定子は、スタイラス本体部の先端に設けられている。測定子の中心は、スタイラス本体部の中心軸の延長線上に位置している。
【０１１７】
タッチプローブをスピンドルに設置したときには、スタイラス本体部の中心軸の基端は、スピンドルの回転中心軸の延長線と交差しているが、スタイラス本体部の中心軸は、スピンドルの回転中心軸に対して斜めに延伸し、測定子の中心は、スピンドルの回転中心軸から離れている。したがって、タッチプローブをスピンドルに設置したときにスピンドルを回転させると、スタイラス本体部の位置が変化し、スピンドルを１回転させるとスタイラス本体部の中心軸の軌跡は円錐の側面状になる。
【０１１８】
上記４つ目態様は、タッチプローブをスピンドルに設置したときに、スタイラス本体部と測定子とが、スピンドルの回転中心軸から離れている場合の例である。
【０１１９】
なお、上述した１つ目〜３つ目の態様では、スタイラス本体部が「Ｌ」字状に屈曲し、もしくは、円弧状に湾曲しているが、他の形状（たとえば「コ」字状）に屈曲していてもよいし、他の形状（たとえば楕円の円弧状）に湾曲していてもよいし、屈曲と湾曲との両方を含んだ態様になっていてもよい。
【０１２０】
また、上述した１つ目〜４つ目の態様では、スタイラスの本体部が枝別れしておらず、スタイラスの本体部が１本の素材をそのままもしくは屈曲や湾曲させた形態になっており、測定子が１本のスタイラス本体部の先端に１つだけ設けられていることが望ましい。
【０１２１】
また、測定装置２０１は、制御装置（たとえばＣＮＣ２０）の制御の下、ハウジング２２１がスピンドル２１７に設置されている設置済みタッチプローブ６０を、スピンドル２１７をインデックス位置決めすることでインデックス位置決めした状態で、ヘッド２１３の筐体２１５を被測定物設置体２１９に対して相対的に移動（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の少なくともいずれかの方向に、自らの姿勢を変えない平行移動）し、被測定物設置体２１９に設置された設置済み被測定物Ｗの形状（曲面状の外形面；被測定部）を、設置済みタッチプローブ６０で測定するように構成されている。
【０１２２】
タッチプローブ６０は、通常市販されているタッチプローブと同様に、スタイラス２２３に何ら力が加わっていないときには、スタイラス２２３がハウジング２２１に対して所定の位置で所定の姿勢になっている。そして、測定子６１が被測定物Ｗに当接することで、測定子６１（スタイラス２２３）が被測定物Ｗで押され、スタイラス２２３の姿勢（測定子６１の位置）がハウジング２２１に対してごく僅かに変位するようになっている。測定装置２０１は、このごく僅かなスタイラス２２３の変位のし始めを検出することで、測定子６１が被測定物Ｗに当接したときにおけるタッチプローブ６０のハウジング２２１の位置を求め、測定子６１が当接した被測定物Ｗの部位の位置を求めることができるようになっている。さらに、測定装置２０１では、測定子６１が当接した被測定物Ｗの部位の位置を複数求めることで、被測定物Ｗの形状を測定することができるように構成されている。
【０１２３】
なお、すでに理解されるように、測定装置２０１では、タッチプローブ６０の測定子６１を被測定物Ｗの凹部Ｗ１に当接させて、被測定物Ｗの凹部Ｗ１の形状を測定するとき、凹部Ｗ１の周辺に存在している部位（凹部Ｗ１よりも突出している凸位）Ｗ２とスタイラス本体部２２５との干渉を避けるために、スタイラス本体部２２５、測定子６１の少なくともいずれかをスピンドル２１７の回転中心軸Ｃから離してあり、しかも、タッチプローブ６０が設置されたスピンドル２１７をインデックス位置決めするのである（図２、図９等参照）。
【０１２４】
また、測定装置２０１には、キャリブレーションゲージ設置体（たとえば被測定物設置体；Ｘ軸テーブル）２１９が設けられている。キャリブレーションゲージ設置体２１９には、キャリブレーションゲージ１００，１５０（図３、図５等参照）が一体的に設置されるようになっている。キャリブレーションゲージ設置体２１９は、ヘッド２１３の筐体２１５に対して、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向。Ｚ軸方向で、相対的に移動位置決め自在になっている。
【０１２５】
そして、測定装置（被測定物の形状測定装置）２０１は、制御装置（たとえばＣＮＣ２０）の制御の下、設置済み被測定物Ｗの形状を設置済みタッチプローブ６０で測定する前に、Ｘ軸テーブル２１９に設置された設置済みキャリブレーションゲージ１００，１５０を用いてキャリブレーションをするように構成されている。
【０１２６】
キャリブレーションゲージ１００は、図３で示すように、半球面を備えている場合もあるが、ここで使用するキャリブレーション（変形例に係るキャリブレーション）１５０は、図５で示すように、２次元曲面を、キャリブレーション用曲面１５１として備えている。
【０１２７】
２次元曲面は、所定の１平面に所定形状の１本の仮想曲面を描き、この仮想曲線（始点と終点とを備え自らが交差することなく延びている曲線）を前記所定の１平面に対して直交する方向に直線的に所定の距離だけ移動したときに、前記仮想曲線の軌跡で表される曲面である。２次元曲面として、たとえば、円柱の側面の一部を掲げることができる。
【０１２８】
前記キャリブレーションゲージ１５０は、設置済みタッチプローブ６０をインデッックス位置決めして、キャリブレーションをするときに使用される。
【０１２９】
このキャリブレーションでは、設置済みタッチプローブ６０の測定子６１は、前述したように、スピンドル２１７の回転中心軸Ｃから離れて存在している。スピンドル２１７の回転中心軸Ｃの延伸方向は、たとえば、前記仮想曲線の移動方向（前記所定の１平面に対して直交する方向；たとえば、Ｘ軸方向）に対して交差する方向（たとえば、直交する方向；Ｙ軸方向）に延びている。また、キャリブレーションは、キャリブレーション用曲面１５１内の所定の点での法線ベクトルの方向に、設置済みタッチプローブ６０の測定子６１を移動してなされるように構成されている。
【０１３０】
キャリブレーションについて例を掲げてさらに詳しく説明する。
【０１３１】
設置済み被測定物Ｗの被測定点における形状測定（測定装置２０１を用いた被測定点の位置測定）は、前述したように、被測定点からこの被測定点での法線ベクトルの方向に設置済みタッチプローブ６０の測定子６１の中心を所定の距離だけ離しておいて、被測定点からこの被測定点の法線ベクトルの方向に設置済みタッチプローブ６０の測定子６１を移動し、設置済みタッチプローブ６０の測定子６１を被測定点に接触させて行うよう構成されている。
【０１３２】
タッチプローブ６０のスタイラス本体部２２５は、前述したように、直線状の基端側部位２２７とこの基端側部位２２７に対して所定の角度（たとえば、９０°）で交差している直線状の先端側部位２２９とを備えて「Ｌ」字状（「ヘ」字状や「レ」字状であってもよい。）に形成されており、先端側部位２２９の先端に測定子６１が位置している。
【０１３３】
設置済みタッチプローブ６０では、スピンドル２１７の回転中心軸Ｃとスタイラス本体部２２５の基端側部位２２７の中心軸とがお互いに一致しており、スタイラス本体部２２５の先端側部位２２９の中心軸ＣＨがスピンドル２１７の回転中心軸Ｃと所定の角度（たとえば、９０°）で交差しており、スタイラス本体部２２５の先端側部位２２９が、スピンドル２１７の回転中心軸Ｃ（スタイラス本体部２２５の基端側部位２２７）から離れる方向に延伸している。
【０１３４】
設置済み被測定物Ｗにおける所定の一方向をＸ軸方向とし、このＸ軸方向に対して直交する所定の一方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに直交する所定の一方向をＺ軸方向とする。設置済みキャリブレーションゲージ１５０では、このキャリブレーション用曲面１５１における仮想曲線（２次元曲面で構成されているキャリブレーション用曲面１５１を形成する仮想曲線）の移動方向がＸ軸方向になっている。
【０１３５】
このような条件の下、キャリブレーションが次のようにしてなされるようになっている。
【０１３６】
まず、設置済み被測定物Ｗにおける所定の被測定点を決定し、この所定の被測定点での法線ベクトルにおけるＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向との３軸方向の成分を求める。
【０１３７】
続いて、設置済みキャリブレーションゲージ１５０におけるキャリブレーション用曲面１５１内に存在する仮測定点であって、法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とが所定の被測定点（設置済み被測定物Ｗの所定の被測定点）における法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分と等しくなる所定の仮測定点（キャリブレーション用被測定点）を決定する。
【０１３８】
続いて、設置済み被測定物Ｗの所定の被測定点における法線ベクトルのＸ軸方向の成分に対応する分だけスピンドル２１７（設置済みタッチプローブ６０）を回転して、スタイラス本体部２２５の先端側部位２２９をインデックス位置決めするとともに、法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とで形成される仮法線ベクトルの方向に、設置済みキャリブレーションゲージ１５０の仮測定点から所定の距離だけ離れているところに、設置済みタッチプローブ６０の測定子６１を位置させることで、設置済みタッチプローブ６０を位置決めする。
【０１３９】
続いて、測定子６１（スピンドル２１７）を、仮法線ベクトルの方向であってキャリブレーションゲージ設置体２１９に設置されているキャリブレーションゲージ（設置済みキャリブレーションゲージ）１５０に接近する方向に、キャリブレーションゲージ設置体２１９に設置されているキャリブレーションゲージ１５０に対して相対的にしかも直線的に移動して、測定子６１を仮測定点に当接させる。これによって、キャリブレーションがなされるようになっている。
【０１４０】
ここで、キャリブレーションゲージ１５０についてさらに詳しく説明する（図５、図６、図７参照）。
【０１４１】
キャリブレーションゲージ１５０の２次元曲面（キャリブレーション用曲面１５１）を形成している仮想曲線は、第１の半円の円弧１５３と、この第１の半円の円弧１５３から離れている第２の半円の円弧１５５と備えて構成されている。すなわち、キャリブレーションゲージ１５０のキャリブレーション用曲面１５１は、第１の円柱側面の半分と、第２の円柱側面の半分とを備えて構成されている。なお、キャリブレーション用曲面１５１として、凹状の第１の円柱側面の半分、凸上の第２の円柱側面の半分の少なくともいずれかを備えている構成であってもよい。
【０１４２】
第２の半円の円弧１５５は、第１の半円の円弧１５３で形成される半円の外側に存在している所定の点Ｃ１（図６（ａ）参照）を中心点として、第１の半円弧１５３を１８０°回動したところに位置している。
【０１４３】
さらには、第１の半円の円弧１５３と第２の半円の円弧１５５とは次に説明するような位置関係になっている。
【０１４４】
まず、円をこの円の所定の直径で２等分して形成される第１の半円（第１の半円の円弧１５３の半円）と第２の半円（第２の半円の円弧１５５の半円）とを得る。第２の半円を第１の半円に対して、前記円が描かれている平面内で前記所定の直径の延伸方向と直交する方向に所定の距離だけ移動して第１の半円から離す。第１の半円から所定の距離だけ離れた第２の半円を前記円が描かれている平面内で第１の半円に対して、前記所定の直径の延伸方向に、前記円の半径よりも大きい所定の距離だけ移動する。このような移動をすることで第１の半円と第２の半円とはお互いが離れた所定の位置関係になる。第１の半円の円弧１５３と第２の半円の円弧１５５との位置関係は、上記第１の半円の円弧と工機第２の半円の円弧との関係になっている。
【０１４５】
そして、第１の半円の円弧１５３によって、凹状キャリブレーション用曲面１５７が形成され、第２の半円の円弧１５５によって、凸状キャリブレーション用曲面１５９が形成されている。
【０１４６】
次に、設置済み被測定物Ｗの被測定点における法線ベクトルのＸ軸方向の成分に対応する分だけスピンドル２１７を回転させることについてさらに詳しく説明する。
【０１４７】
まず、設置済み被測定物Ｗの被測定点における法線ベクトルが、Ｘ軸方向の成分を含んでいない場合について、図７を参照しつつ説明する。なお、図７では、説明の便宜のために、設置済み被測定物Ｗの被測定点における法線ベクトルが、Ｚ軸方向の成分も含んでいないが、Ｚ軸方向の成分を含んでいても、以下の説明と同様に考えることができる。
【０１４８】
設置済み被測定物Ｗの被測定点における法線ベクトルがＸ軸方向の成分を含んでいない場合には、タッチプローブ６０のスタイラス本体部２２５における先端側部位２２９の中心軸ＣＨがＹ軸方向に延伸するように、タッチプローブ６０をＣ軸まわりでインデックス位置決めするとともに、測定子６１の中心が、設置済みキャリブレーションゲージ１５０の第１の半円弧１５３の中心に位置するように、ヘッド２１３（設置済みタッチプローブ６０のハウジング２２１）を位置決めする。
【０１４９】
続いて、設置済みタッチプローブ６０をＹ軸方向に移動して測定子６１をキャリブレーションゲージ１５０（第１の半円弧１５３のキャリブレーション用曲面１５１）に当接させて、キャリブレーションを行う。なお、設置済み被測定物Ｗの被測定点における法線ベクトルが、Ｚ軸方向の成分も含んでいる場合には、設置済みタッチプローブ６０をＹ軸方向とＺ軸方向と斜めに（Ｙ軸方向に対して斜めに）直線的に移動してキャリブレーションを行えばよい。
【０１５０】
次に、設置済み被測定物Ｗの被測定点における法線ベクトルが、Ｘ軸方向の成分を含んでいる場合について、図８、図９を参照しつつ説明する。なお、図８においても図７の場合と同様にして、説明の便宜のために、設置済み被測定物Ｗの被測定点における法線ベクトルが、Ｚ軸方向の成分も含んでいないが、Ｚ軸方向の成分を含んでいても、図７での説明と同様に考えることができる。
【０１５１】
図９は、キャリブレーションゲージ１００を示す図であるが、説明のために、キャリブレーションゲージ１００を被測定物Ｗとする。被測定物Ｗにおける被測定点をＳＷとすると、この被測定点ＳＷにおける法線ベクトルは、Ｘ軸方向の成分とＹ軸方向の成分を有しており、Ｙ軸と角度θＡで交差している。
【０１５２】
図３で示すキャリブレーションゲージ１００を用いて、図９で示す被測定点ＳＷのためのキャリブレーションをする場合には、図９で示すように、設置済みタッチプローブ６０を矢印（被測定点ＳＷにおける法線ベクトルとは逆向きの矢印）のように移動してキャリブレーションをすることになる。
【０１５３】
一方、図５や図６で示すキャリブレーションゲージ１５０を用いて、図９で示す被測定点ＳＷのためのキャリブレーションをする場合には、図８で示すように、設置済みタッチプローブ６０を、タッチプローブ６０のスタイラス本体部２２５における先端側部位２２９の中心軸ＣＨがＹ軸と角度θＡで交差するようにＣ軸まわりでインデックス位置決めしておいて、矢印（Ｙ軸方向に伸びた矢印とは逆向きの矢印）のように移動してキャリブレーションをすることになる。
【０１５４】
なお、図８で示す、測定子６１の中心とキャリブレーション用曲面１５１との間の距離は、たとえば、図９で示す、測定子６１の中心とキャリブレーション用曲面との間の距離（半球の凹部の半径）と等しくなっているものとする。また、図８で示すキャリブレーションをした後には、図８で示す状態から半時計まわりに角度θＡだけ、設置済みタッチプローブ６０回転させて位置決めし、図９で示すようにして、被測定物Ｗの形状測定することが望ましい。
【０１５５】
ところで、被測定物Ｗを測定する場合、図９では、設置済みタッチプローブ６０のスタイラス本体部２２５における先端側部位２２９の中心軸ＣＨが、Ｙ軸方向に延伸しているが、必ずしもこのようになっている必要はなく、先端側部位２２９の中心軸ＣＨがＹ軸に対して斜めに（図示しないが角度θＢだけ傾いて）延伸していてもよい。この場合におけるキャリブレーション（図８に示す態様でのキャリブレーション）は、たとえば、角度θＡに角度θＢを加えたものとなる。
【０１５６】
次に、測定装置２０１の動作を説明する。
【０１５７】
初期状態として、Ｘ軸テーブル２１９上に被測定物（たとえば、測定装置２０１で加工した加工済みワーク）Ｗが設置されており、ヘッド２１３のスピンドル２１７にタッチプローブ６０が設置されているものとする。
【０１５８】
上記初期状態において、ＣＮＣ２０等の制御の下、ワークＷの被測定点を決定し（被測定点が予め決定されていてもよい）、所定の軸（Ｃ軸）を中心にしてハウジング２２１（スピンドル２１７）を回動し、設置済みタッチプローブ６０をインデックス位置決めする（インデックス位置決め段階）。
【０１５９】
続いて、インデックス位置決め段階でタッチプローブ６０をインデックス位置決めしてある状態で、ハウジング２２１を被測定物Ｗに対して相対的に移動し、被測定物Ｗの形状（曲面状の外形面；被測定部）をタッチプローブ６０で測定する（測定段階）。
【０１６０】
なお、測定装置２０１においてキャリブレーションをする場合には、インデックス位置決め段階でハウジング２２１をインデックス位置決めし、測定段階でタッチプローブ６０を用いて被測定物Ｗを測定する前に、キャリブレーションゲージ１５０，１００を用いてキャリブレーションをする（キャリブレート段階）。
【０１６１】
キャリブレート段階は、所定の軸（Ｃ軸）を中心にしてハウジング２２１を回動しタッチプローブ６０をインデッックス位置決めし、キャリブレーションをする段階である。
【０１６２】
さらに説明すると、キャリブレーと段階では、被測定物Ｗにおける所定の被測定点を決定し、この所定の被測定点での法線ベクトルにおけるＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向との３軸方向の成分を求め、たとえば、キャリブレーションゲージ１５０におけるキャリブレーション用曲面１５１内に存在し、法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とが所定の被測定点における法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分と等しくなる所定の仮測定点を決定し、所定の被測定点における法線ベクトルのＸ軸方向の成分に対応する分だけスピンドル２１７を回転させるとともに、法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とで形成される仮法線ベクトルの方向に、仮測定点から所定の距離だけ離れているところに測定子６１を位置させることで、設置済みタッチプローブ６０を位置決めし、測定子６１（スピンドル２１７）を仮法線ベクトルの方向であってキャリブレーションゲージ設置体に設置されているキャリブレーションゲージ１５０に接近する方向に、キャリブレーションゲージ設置体に設置されているキャリブレーションゲージ１５０に対して相対的にしかも直線的に移動して、測定子６１を仮測定点に当接させてキャリブレーションをするようになっている。
【０１６３】
測定装置２０１によれば、スタイラス２２３が軸Ｃからずれている設置済みタッチプローブ６０をインデックス位置決めした状態で、ヘッド２１３の筐体２１５を被測定物設置体２１９に対して相対的に移動し、設置済み被測定物Ｗの形状を測定するように構成されているので、被測定物Ｗの凹部Ｗ１を測定することができない事態の発生を極力回避することができる。
【０１６４】
すなわち、図１１や図１２で示すような（従来のような）形態で被測定物Ｗの凹部Ｗ１の形状を測定しようとしても、上述したようにスタイタス本体部が被測定物Ｗの凸部Ｗ２（凹部Ｗ１周辺の凸部）Ｗ２に接触してしまい、測定子が凹部Ｗ１に届かない事態が発生する。
【０１６５】
これに対して、図２で示すように、スタイラス本体部２２５が長手方向の中間部で曲がっており、しかも、タッチプローブ６０がＣ軸を回動中心にしてインデックス位置決めされるようになっているので、被測定物Ｗの凹部Ｗ１を形状を測定するときに、スタイラスが凹部Ｗ１周辺の凸部Ｗ２に接触してしまう事態を回避する機会が従来よりも増えるのである。
【０１６６】
また、測定装置２０１によれば、設置済みタッチプローブ６０をインデッックス位置決めしてキャリブレーションをするようになっているので、２次元曲面で形成されたキャリブレーション用曲面１５１を用いて、３次元曲面のキャリブレーションを実行するこことができる。
【０１６７】
キャリブレーションゲージ１５０によれば、キャリブレーション用曲面１５１が球面等の３次元曲面では無くて、２次元曲面（円柱側面状の曲面１５７、１５９）で構成されているので、キャリブレーションゲージ１５０の構成が簡素化されており、精度が良く製作が容易であるキャリブレーションゲージ１５０を得ることができる。
【０１６８】
ところで、図１０に示しように、ハウジング２２１を基端側ハウジング２３１と先端側ハウジング２３３とに分割し、軸ＣＸを回動中心にして、先端側ハウジング２３３を基端側ハウジング２３１に対して回動位置決めされるように、タッチプローブ６０を構成してもよい。これによりスタイラス２２３の軸ＣＡの延伸方向を斜めにすることができる。
【符号の説明】
【０１６９】
６０ タッチプローブ
６１ 測定子
１００、１５０ キャリブレーションゲージ
１５１ キャリブレーション用曲面
２０３ ヘッド
２１５ 筐体
２１７ スピンドル
２１９ 被測定物設置体（Ｘ軸テーブル；キャリブレーションゲージ設置体）
２２１ ハウジング
２２３ スタイラス
２２５ スタイラス本体部
２２７ 基端側部位
２２９ 先端側部位
Ｃ 回転中心軸（所定の軸）
Ｗ 測定装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物が設置される被測定物設置体と、
筐体と所定の軸を中心にして前記筐体に回転自在に設けられているスピンドルとを具備し、前記筐体が前記被測定物設置体に対して相対的に移動位置決め自在になっているヘッドと、
前記スピンドルに一体的に設置されるハウジングと、前記ハウジングから突出しているスタイラス本体部とこのスタイラス本体部の先端に設けられている測定子とを具備するスタイラスとを備え、前記ハウジングが前記スピンドルに設置されたときに、前記スタイラス本体部、前記測定子の少なくともいずれかが、前記スピンドルの回転中心軸から離れているタッチプローブと、
を有し、前記ハウジングが前記スピンドルに設置されている設置済みタッチプローブを、前記スピンドルを用いてインデックス位置決めした状態で、前記筐体を前記被測定物設置体に対して相対的に移動し、前記被測定物設置体に設置された設置済み被測定物の形状を測定するように構成されていることを特徴とする被測定物の測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の被測定物の測定装置において、
キャリブレーションゲージが設置され、前記筐体に対して相対的に移動位置決め自在であるキャリブレーションゲージ設置体を有し、
前記設置済み被測定物の形状を前記設置済みタッチプローブで測定する前に、前記キャリブレーションゲージ設置体に設置された設置済みキャリブレーションゲージを用いてキャリブレーションをするように構成されており、
前記キャリブレーションゲージは、所定の１平面に所定形状の１本の仮想曲面を描き、この仮想曲線を前記所定の１平面に対して直交する方向に所定の距離だけ移動したときに、前記仮想曲線の軌跡で表される曲面である２次元曲面を、キャリブレーション用曲面として備えており、
前記キャリブレーションは、前記設置済みタッチプローブをインデッックス位置決めして、前記キャリブレーションをするように構成されている特徴とする被測定物の測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の被測定物の測定装置において、
キャリブレーションゲージが設置され、前記ヘッドの筐体に対して相対的に移動位置決め自在であるキャリブレーションゲージ設置体を有し、
前記設置済み被測定物の形状を前記設置済みタッチプローブで測定する前に、前記キャリブレーションゲージ設置体に設置された設置済みキャリブレーションゲージを用いてキャリブレーションをするように構成されており、
前記タッチプローブのスタイラス本体部は、直線状の基端側部位とこの基端側部位に対して所定の角度で交差している直線状の先端側部位とを備えて「Ｌ」字状に形成されており、前記先端側部位の先端に前記測定子が位置しており、
前記設置済みタッチプローブでは、前記スピンドルの回転中心軸と前記スタイラス本体部の基端側部位の中心軸とがお互いに一致しており、
前記キャリブレーションゲージは、所定の１平面に所定形状の１本の仮想曲面を描き、この仮想曲線を前記所定の１平面に対して直交する方向に所定の距離だけ移動したときに、前記仮想曲線の軌跡で表される曲面である２次元曲面を、キャリブレーション用曲面として備えており、
前記設置済み被測定物における所定の一方向をＸ軸方向とし、このＸ軸方向に対して直交する所定の一方向をＹ軸方向とし、前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向とに直交する所定の一方向をＺ軸方向とすると、前記設置済みキャリブレーションゲージは、このキャリブレーション用曲面における前記仮想曲線の移動方向が前記Ｘ軸方向になっており、
前記キャリブレーションは、
前記設置済み被測定物における所定の被測定点を決定し、この所定の被測定点での法線ベクトルにおけるＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向との３軸方向の成分を求め、
前記設置済みキャリブレーションゲージにおけるキャリブレーション用曲面内に存在し、法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とが前記所定の被測定点における法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分と等しくなる所定の仮測定点を決定し、
前記所定の被測定点における法線ベクトルのＸ軸方向の成分に対応する分だけ前記スピンドルを回転させるとともに、前記法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とで形成される仮法線ベクトルの方向に、前記仮測定点から所定の距離だけ離れているところに前記測定子を位置させることで、前記設置済みタッチプローブを位置決めし、
前記測定子を、前記仮法線ベクトルの方向であって前記設置済みキャリブレーションゲージに接近する方向で、前記設置済みキャリブレーションゲージに対して相対的に移動して、前記測定子を前記仮測定点に当接させて行うように構成されていることを特徴とする被測定物の測定装置。
【請求項４】
被測定物の測定方法において、
ハウジングと、このハウジングから突出しているスタイラス本体部とこのスタイラス本体部の先端に設けられている測定子とを具備するスタイラスとを備え、前記スタイラス本体部、前記測定子の少なくともいずれかが、所定の軸から離れているタッチプローブを、前記所定の軸を中心にして前記ハウジングを回動しインデックス位置決めするインデックス位置決め段階と、
前記インデックス位置決め段階で前記タッチプローブをインデックス位置決めしてある状態で、前記ハウジングを前記被測定物に対して相対的に移動し、前記被測定物の形状を前記タッチプローブで測定する測定段階と、
を有することを特徴とする被測定物の測定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の被測定物の測定方法において、
前記インデックス位置決め段階で前記ハウジングをインデックス位置決めする前に、キャリブレーションゲージを用いてキャリブレーションをするキャリブレート段階を有し、
前記キャリブレーションゲージは、所定の１平面に所定形状の１本の仮想曲面を描き、この仮想曲線を前記所定の１平面に対して直交する方向に所定の距離だけ移動したときに、前記仮想曲線の軌跡で表される曲面である２次元曲面を、キャリブレーション用曲面として備えており、
前記キャリブレート段階は、前記所定の軸を中心にして前記ハウジングを回動し前記タッチプローブをインデッックス位置決めし、前記キャリブレーションをする段階であることを特徴とする被測定物の測定方法。
【請求項６】
請求項４に記載の被測定物の測定方法において、
前記インデックス位置決め段階で前記ハウジングをインデックス位置決めする前に、キャリブレーションゲージを用いてキャリブレーションをするキャリブレート段階を有し、
前記キャリブレーションゲージは、所定の１平面に所定形状の１本の仮想曲面を描き、この仮想曲線を前記所定の１平面に対して直交する方向に所定の距離だけ移動したときに、前記仮想曲線の軌跡で表される曲面である２次元曲面を、キャリブレーション用曲面として備えており、
前記タッチプローブのスタイラス本体部は、直線状の基端側部位とこの基端側部位に対して所定の角度で交差している直線状の先端側部位とを備えて「Ｌ」字状に形成されており、前記先端側部位の先端に前記測定子が位置しており、
前記タッチプローブでは、前記所定の軸と前記スタイラス本体部の基端側部位の中心軸とがお互いに一致しており、
前記被測定物における所定の一方向をＸ軸方向とし、このＸ軸方向に対して直交する所定の一方向をＹ軸方向とし、前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向とに直交する所定の一方向をＺ軸方向とすると、前記キャリブレーションゲージは、このキャリブレーション用曲面における前記仮想曲線の移動方向が前記Ｘ軸方向になっており、
前記キャリブレーと段階は、
前記被測定物における所定の被測定点を決定し、この所定の被測定点での法線ベクトルにおけるＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向との３軸方向の成分を求め、
前記キャリブレーションゲージにおけるキャリブレーション用曲面内に存在し、法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とが前記所定の被測定点における法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分と等しくなる所定の仮測定点を決定し、
前記所定の被測定点における法線ベクトルのＸ軸方向の成分に対応する分だけ前記スピンドルを回転させるとともに、前記法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とで形成される仮法線ベクトルの方向に、前記仮測定点から所定の距離だけ離れているところに前記測定子を位置させることで、前記設置済みタッチプローブを位置決めし、
前記測定子を前記仮法線ベクトルの方向であって前記キャリブレーションゲージ設置体に設置されているキャリブレーションゲージに接近する方向に、前記キャリブレーションゲージ設置体に設置されているキャリブレーションゲージに対して相対的に移動して、前記測定子を前記仮測定点に当接させて前記キャリブレーションをする段階であることを特徴とする被測定物の測定方法。
【請求項７】
ハウジングと、
前記ハウジングから突出しているスタイラス本体部と、
前記スタイラス本体部の先端に設けられている測定子と、
を有し、前記スタイラス本体部、前記測定子の少なくともいずれかが、所定の軸から離れていることを特徴とするタッチプローブ。
【請求項８】
請求項７に記載のタッチプローブにおいて、
前記タッチプローブのスタイラス本体部は、直線状の基端側部位とこの基端側部位に対して所定の角度で交差している直線状の先端側部位とを備えて「Ｌ」字状に形成されており、前記先端側部位の先端に前記測定子が位置しており、
前記所定の軸と前記スタイラス本体部の基端側部位の中心軸とがお互いに一致していることを特徴とするタッチプローブ。
【請求項９】
所定の１平面に所定形状の１本の仮想曲面を描き、この仮想曲線を前記所定の１平面に対して直交する方向に所定の距離だけ移動したときに、前記仮想曲線の軌跡で表される曲面である２次元曲面を、キャリブレーション用曲面として備えていることを特徴とするキャリブレーションゲージ。
【請求項１０】
請求項９に記載のキャリブレーションゲージにおいて、
前記仮想曲線は、半円の円弧を備えて構成されていることを特徴とするキャリブレーションゲージ。
【請求項１】
被測定物が設置される被測定物設置体と、
筐体と所定の軸を中心にして前記筐体に回転自在に設けられているスピンドルとを具備し、前記筐体が前記被測定物設置体に対して相対的に移動位置決め自在になっているヘッドと、
前記スピンドルに一体的に設置されるハウジングと、前記ハウジングから突出しているスタイラス本体部とこのスタイラス本体部の先端に設けられている測定子とを具備するスタイラスとを備え、前記ハウジングが前記スピンドルに設置されたときに、前記スタイラス本体部、前記測定子の少なくともいずれかが、前記スピンドルの回転中心軸から離れているタッチプローブと、
を有し、前記ハウジングが前記スピンドルに設置されている設置済みタッチプローブを、前記スピンドルを用いてインデックス位置決めした状態で、前記筐体を前記被測定物設置体に対して相対的に移動し、前記被測定物設置体に設置された設置済み被測定物の形状を測定するように構成されていることを特徴とする被測定物の測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の被測定物の測定装置において、
キャリブレーションゲージが設置され、前記筐体に対して相対的に移動位置決め自在であるキャリブレーションゲージ設置体を有し、
前記設置済み被測定物の形状を前記設置済みタッチプローブで測定する前に、前記キャリブレーションゲージ設置体に設置された設置済みキャリブレーションゲージを用いてキャリブレーションをするように構成されており、
前記キャリブレーションゲージは、所定の１平面に所定形状の１本の仮想曲面を描き、この仮想曲線を前記所定の１平面に対して直交する方向に所定の距離だけ移動したときに、前記仮想曲線の軌跡で表される曲面である２次元曲面を、キャリブレーション用曲面として備えており、
前記キャリブレーションは、前記設置済みタッチプローブをインデッックス位置決めして、前記キャリブレーションをするように構成されている特徴とする被測定物の測定装置。
【請求項３】
請求項１に記載の被測定物の測定装置において、
キャリブレーションゲージが設置され、前記ヘッドの筐体に対して相対的に移動位置決め自在であるキャリブレーションゲージ設置体を有し、
前記設置済み被測定物の形状を前記設置済みタッチプローブで測定する前に、前記キャリブレーションゲージ設置体に設置された設置済みキャリブレーションゲージを用いてキャリブレーションをするように構成されており、
前記タッチプローブのスタイラス本体部は、直線状の基端側部位とこの基端側部位に対して所定の角度で交差している直線状の先端側部位とを備えて「Ｌ」字状に形成されており、前記先端側部位の先端に前記測定子が位置しており、
前記設置済みタッチプローブでは、前記スピンドルの回転中心軸と前記スタイラス本体部の基端側部位の中心軸とがお互いに一致しており、
前記キャリブレーションゲージは、所定の１平面に所定形状の１本の仮想曲面を描き、この仮想曲線を前記所定の１平面に対して直交する方向に所定の距離だけ移動したときに、前記仮想曲線の軌跡で表される曲面である２次元曲面を、キャリブレーション用曲面として備えており、
前記設置済み被測定物における所定の一方向をＸ軸方向とし、このＸ軸方向に対して直交する所定の一方向をＹ軸方向とし、前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向とに直交する所定の一方向をＺ軸方向とすると、前記設置済みキャリブレーションゲージは、このキャリブレーション用曲面における前記仮想曲線の移動方向が前記Ｘ軸方向になっており、
前記キャリブレーションは、
前記設置済み被測定物における所定の被測定点を決定し、この所定の被測定点での法線ベクトルにおけるＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向との３軸方向の成分を求め、
前記設置済みキャリブレーションゲージにおけるキャリブレーション用曲面内に存在し、法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とが前記所定の被測定点における法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分と等しくなる所定の仮測定点を決定し、
前記所定の被測定点における法線ベクトルのＸ軸方向の成分に対応する分だけ前記スピンドルを回転させるとともに、前記法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とで形成される仮法線ベクトルの方向に、前記仮測定点から所定の距離だけ離れているところに前記測定子を位置させることで、前記設置済みタッチプローブを位置決めし、
前記測定子を、前記仮法線ベクトルの方向であって前記設置済みキャリブレーションゲージに接近する方向で、前記設置済みキャリブレーションゲージに対して相対的に移動して、前記測定子を前記仮測定点に当接させて行うように構成されていることを特徴とする被測定物の測定装置。
【請求項４】
被測定物の測定方法において、
ハウジングと、このハウジングから突出しているスタイラス本体部とこのスタイラス本体部の先端に設けられている測定子とを具備するスタイラスとを備え、前記スタイラス本体部、前記測定子の少なくともいずれかが、所定の軸から離れているタッチプローブを、前記所定の軸を中心にして前記ハウジングを回動しインデックス位置決めするインデックス位置決め段階と、
前記インデックス位置決め段階で前記タッチプローブをインデックス位置決めしてある状態で、前記ハウジングを前記被測定物に対して相対的に移動し、前記被測定物の形状を前記タッチプローブで測定する測定段階と、
を有することを特徴とする被測定物の測定方法。
【請求項５】
請求項４に記載の被測定物の測定方法において、
前記インデックス位置決め段階で前記ハウジングをインデックス位置決めする前に、キャリブレーションゲージを用いてキャリブレーションをするキャリブレート段階を有し、
前記キャリブレーションゲージは、所定の１平面に所定形状の１本の仮想曲面を描き、この仮想曲線を前記所定の１平面に対して直交する方向に所定の距離だけ移動したときに、前記仮想曲線の軌跡で表される曲面である２次元曲面を、キャリブレーション用曲面として備えており、
前記キャリブレート段階は、前記所定の軸を中心にして前記ハウジングを回動し前記タッチプローブをインデッックス位置決めし、前記キャリブレーションをする段階であることを特徴とする被測定物の測定方法。
【請求項６】
請求項４に記載の被測定物の測定方法において、
前記インデックス位置決め段階で前記ハウジングをインデックス位置決めする前に、キャリブレーションゲージを用いてキャリブレーションをするキャリブレート段階を有し、
前記キャリブレーションゲージは、所定の１平面に所定形状の１本の仮想曲面を描き、この仮想曲線を前記所定の１平面に対して直交する方向に所定の距離だけ移動したときに、前記仮想曲線の軌跡で表される曲面である２次元曲面を、キャリブレーション用曲面として備えており、
前記タッチプローブのスタイラス本体部は、直線状の基端側部位とこの基端側部位に対して所定の角度で交差している直線状の先端側部位とを備えて「Ｌ」字状に形成されており、前記先端側部位の先端に前記測定子が位置しており、
前記タッチプローブでは、前記所定の軸と前記スタイラス本体部の基端側部位の中心軸とがお互いに一致しており、
前記被測定物における所定の一方向をＸ軸方向とし、このＸ軸方向に対して直交する所定の一方向をＹ軸方向とし、前記Ｘ軸方向と前記Ｙ軸方向とに直交する所定の一方向をＺ軸方向とすると、前記キャリブレーションゲージは、このキャリブレーション用曲面における前記仮想曲線の移動方向が前記Ｘ軸方向になっており、
前記キャリブレーと段階は、
前記被測定物における所定の被測定点を決定し、この所定の被測定点での法線ベクトルにおけるＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸方向との３軸方向の成分を求め、
前記キャリブレーションゲージにおけるキャリブレーション用曲面内に存在し、法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とが前記所定の被測定点における法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分と等しくなる所定の仮測定点を決定し、
前記所定の被測定点における法線ベクトルのＸ軸方向の成分に対応する分だけ前記スピンドルを回転させるとともに、前記法線ベクトルのＹ軸方向の成分とＺ軸方向の成分とで形成される仮法線ベクトルの方向に、前記仮測定点から所定の距離だけ離れているところに前記測定子を位置させることで、前記設置済みタッチプローブを位置決めし、
前記測定子を前記仮法線ベクトルの方向であって前記キャリブレーションゲージ設置体に設置されているキャリブレーションゲージに接近する方向に、前記キャリブレーションゲージ設置体に設置されているキャリブレーションゲージに対して相対的に移動して、前記測定子を前記仮測定点に当接させて前記キャリブレーションをする段階であることを特徴とする被測定物の測定方法。
【請求項７】
ハウジングと、
前記ハウジングから突出しているスタイラス本体部と、
前記スタイラス本体部の先端に設けられている測定子と、
を有し、前記スタイラス本体部、前記測定子の少なくともいずれかが、所定の軸から離れていることを特徴とするタッチプローブ。
【請求項８】
請求項７に記載のタッチプローブにおいて、
前記タッチプローブのスタイラス本体部は、直線状の基端側部位とこの基端側部位に対して所定の角度で交差している直線状の先端側部位とを備えて「Ｌ」字状に形成されており、前記先端側部位の先端に前記測定子が位置しており、
前記所定の軸と前記スタイラス本体部の基端側部位の中心軸とがお互いに一致していることを特徴とするタッチプローブ。
【請求項９】
所定の１平面に所定形状の１本の仮想曲面を描き、この仮想曲線を前記所定の１平面に対して直交する方向に所定の距離だけ移動したときに、前記仮想曲線の軌跡で表される曲面である２次元曲面を、キャリブレーション用曲面として備えていることを特徴とするキャリブレーションゲージ。
【請求項１０】
請求項９に記載のキャリブレーションゲージにおいて、
前記仮想曲線は、半円の円弧を備えて構成されていることを特徴とするキャリブレーションゲージ。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−８８３４１（Ｐ２０１３−８８３４１Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３０６５７（Ｐ２０１１−２３０６５７）
【出願日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【出願人】（０００００３４５８）東芝機械株式会社 (843)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【出願人】（０００００３４５８）東芝機械株式会社 (843)
【Ｆターム（参考）】
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