表面仿形测量装置和仿形测头的修正表制作方法-山东亚星游戏官网机床有限公司

专利名称：表面仿形测量装置和仿形测头的修正表制作方法
技术领域：
本发明涉及表面仿形测量装置和仿形测头的修正表制作方法。例如涉及仿形扫描被测量物表面来测量被测量物的表面粗糙度、波纹度和轮廓等的表面仿形测量装置。
背景技术：
仿形扫描被测量物表面来测量被测量物的表面特性或立体形状的表面仿形测量装置已被众所周知，例如，粗糙度测量机、轮廓形状测量机、圆度测量机、三坐标测量机等已被众所周知。
图17表示作为利用原有的仿形测头的表面仿形测量装置的测量系统的构成。
该测量系统100备有使仿形测头2移动的三坐标测量机1、具有手动操作的控制器31的操作部3、控制三坐标测量机1的动作的动作控制器4、通过动作控制器4使三坐标测量机1动作，同时处理由三坐标测量机取得的测量数据来求出被测量物W的尺寸或形状等的主机(主计算机)5。
仿形测头2，如图18所示，备有前端具有接触部(测量触头)22的触针21、在一定的范围内向Xp方向、Yp方向、Zp方向可滑动地支承触针21的基端的支承部23。
支承部23备有具有在相互垂直的方向能移动的xp滑块、yp滑块、zp滑块的滑动机构(未图示)、检测滑动机构的各轴方向的位移量，同时输出检测出的位移量的测头传感器24(参照图1)。触针21相对于支承部23在一定的范围内能滑动地由滑动机构支承着。
再有，这样的仿形测头的构成，例如，记载在日本特开平05-256640号公报中。
在这样的构成中，在以基准压入量Δr使接触部22接触被测量物表面的状态下，使仿形测头2沿被测量物表面仿形移动。
这时，可从三坐标测量机1的驱动量到仿形测头2的移动轨迹。而且仿形测头2的移动轨迹，即，接触部22的移动轨迹，在相对于接触部22的中心点的移动轨迹，只偏移接触部22的半径r部分的位置上，存在被测量物表面和接触部22的接触点。
但是，接触部22是在压入了基准压入量Δr的状态下进行仿形扫描的。
图19A及图19B是说明把接触部22在被测量物W上只压入基准压入量Δr的状态的图。首先，图19A表示在接触部22与被测量物W接触的状态下基准压入量Δr为零的状态。在该状态下，从接触部22的中心P1到被测量物W的接触点的距离等于接触部22的半径r。该场合，由于基准压入量Δr为零，所以不能进行仿形测头2的接触部22是否与被测量物W接触的判断。
从该状态把仿形测头2的接触部22相对于被测量物W压入到基准压入量Δr成为规定值的状态表示在图19B中接触部。在该状态下，由于用由测量压决定的压力相对于被测量物W推压接触部22，所以在触针21上产生挠曲。
其结果，从接触部22的中心P2到被测量物W的接触点的距离等于接触部22的半径r，这是与图19A相同的，但从测头传感器24的检测位置(与图19A相比，只移动基准压入量Δr的位置＝视在上的接触部中心线P3)到被测量物W的接触点的距离为Q(偏移值)，成为与接触部22的半径r不同的值。这样一来，作为偏移值Q成为与接触部22的半径r不同的值的原因，除了已经说明的触针21的挠曲的影响而外，也包括接触部22的球度的影响。
这样，当从视在上的接触部中心P3描绘的移动轨迹向被测量物表面方向只修正偏移值Q时，就求出了被测量物表面的形状。
在此，基准压入量Δr常不需要是同一值，只要是在测头传感器24的可测量范围中的合适的基准位置范围内就行。
在此，由测头传感器进行的触针21的位移量检测产生误差。这样一来，由于在压入量上产生误差，所以牵涉到测量误差。因此，为了修正由测头传感器引起的检测误差，根据各轴(Xp方向、Yp方向、Zp方向)的检测特性来设定修正系数。例如，对于Xp方向的修正系数设定为Kxp′对于Yp方向的修正系数设定为Kyp′，对于Zp方向的修正系数设定为Kzp′。而且，在由测头传感器检测到的各轴的检测值为Xp、Yp、Zp的场合，测头传感器的检测值(Xp、Yp、Zp)进行下述那样的修正。
Xd＝Xp·Kxp′Yd＝Yp·Kyp′Zd＝Zp·Kzp′在此，Xd、Yd、Zd是由修正系数(Kxp′、Kyp′、Kzp′)修正了测头传感器输出值的值。
可是，由于只在每个轴上设定修正系数(Kxp′、Kyp′、Kzp′)来修正测头传感器的输出值，所以有时不能充分修正检测误差。其结果，例如，即使测量正圆，也有产生测量结果为椭圆等的测量误差的倾向，所以只乘以在各轴上设定的修正系数，不能正确地进行修正。
再有，即使对视在上的接触部中心P3的轨迹只修正偏移值Q，有时也不能正确地求出被测量物表面。产生这样的误差的理由，被认为是由仿形测头2和被测量物W接触的方向产生的触针21的挠曲所影响的。即，触针21稍微挠曲一点，就会使偏移量Q不同。
由于这样的问题，在由表面仿形测量装置进行的形状测量中含有误差，同时不能充分地修正该误差，在提高形状测量的精度上有困难。

发明内容
本发明的目的在于，提供可以解决现有技术的问题，可以高精度地测量被测量物形状的表面仿形测量装置，同时提供用于高精度测量被测量物形状的仿形测头的修正表的制作的方法。
本发明的表面仿形测量装置，其特征在于，一种表面仿形测量装置，其特征在于，包括仿形测头，该仿形测头具有接近或者接触被测量物表面的测量触头和检测上述测量触头与被测量物表面的相对位置的检测传感器，将上述测量触头与上述被测量物表面的相对位置保持在预先设定的基准范围内进行仿形扫描；移动机构，该移动机构用于使上述仿形测头沿被测量物表面相对移动；驱动传感器，该驱动传感器用于检测上述移动机构的驱动量；解析装置，该解析装置根据由上述检测传感器和驱动传感器检测出的检测值解析上述被测量物的形状，上述解析装置具有修正表，该修正表储存有修正数据，该修正数据用于修正在用上述仿形测头仿形扫描上述被测量物表面之际、在用上述测量触头测量上述被测量物表面的每个测量方向上由上述检测传感器检测出的检测值。
在这样的构成中，由移动机构使仿形测头在相对于被测量物表面保持基准范围的状态下，沿被测量物表面作仿形移动，用仿形测头扫描被测量物表面时的移动机构的驱动量由驱动传感器检测，测量触头和被测量物表面的相对位置由检测传感器检测。测量传感器的检测值，根据测量触头相对于被测量物表面的方向由修正数据修正。然后，驱动传感器和检测传感器的检测值由解析装置进行解析处理并求出被测量物的表面形状。
在修正表中，在用测量触头测量被测量物表面的每个测量方向存储修正数据。因而，即使在因测量触头相对于被测量物表面的方向而在检测传感器上产生检测误差的场合，也可以根据测量方向修正传感器输出。其结果，可以与测量触头相对于被测量物表面的方向无关地正确地求出被测量物表面的坐标值，可以正确地求出被测量物形状。
再有，修正表可以存储在能装卸的存储元件中，做成可更换的。
在此，仿形测头可以使测量触头与被测量物表面接触地进行仿形扫描。例如，可以使作为测量触头的接触球在被测量物表面上压入到基准量(基准位置)的状态下进行仿形扫描。仿形测头也可以使测量触头和被测量物表面在非接触状态下进行仿形扫描。作为这样的非接触式仿形测头，可以举出CCD照相机和图像传感器，或者静电电容式和电磁感应式仿形测头。
再有，在本发明的表面仿形测量装置中，最好是，上述修正表具有修正系数，该修正系数用于修正在用上述仿形测头仿形扫描上述被测量物表面之际、在用上述测量触头测量上述被测量物表面的每个测量方向上由上述检测传感器检测出的检测值，上述解析装置包括测量方向算出装置，该测量方向算出装置根据由上述检测传感器检测出的检测值算出用上述测量触头测量上述被测量物表面的测量方向；修正数据选择装置，该修正数据选择装置根据用上述测量方向算出装置算出的测量方向，从上述修正表中选择与该测量方向对应的上述修正系数，并将该修正系数作为修正数据；检测传感器值修正装置，该检测传感器值修正装置把用上述修正数据选择装置选择出的上述修正数据与上述检测传感器的检测值相乘来修正上述检测传感器的检测值。
在这样的构成中，当检测传感器的检测值输出到测量方向算出装置时，在测量方向算出装置中，从检测传感器的输出值算出测量方向的矢量。根据算出的测量方向的矢量，由修正数据选择装置从修正表中选择修正系数。这时，由于在修正表中存储了每个测量方向的修正数据，所以修正数据选择装置可以选择与用测量方向算出装置算出的测量方向对应的修正系数。
被选择的修正系数，例如，与检测传感器值相乘。这样就修正了检测传感器值，由修正的检测传感器值可以正确地求出被测量物表面和测量触头的相对位置。这样一来，可以正确地求出被测量物表面的形状。
在修正表中，由于在每个测量方向上都设定了修正系数并能根据测量方向修正检测传感器的检测值，所以可以与测量触头测量被测量物表面的方向无关地正确地求出被测量物表面的形状。
在此，在“修正由检测传感器检测的检测值的修正系数”中，即，在备有对检测传感器的传感器信号进行计数的计数器等时，包含修正该计数器的计数值的修正系数。
再有，在本发明的表面仿形测量装置中，最好是，上述修正表具有，在用上述仿形测头仿形扫描上述被测量物表面之际、在用上述测量触头测量上述被测量物表面的每个测量方向上从上述测量触头的基准点到上述被测量物表面的偏移值，上述解析装置包括测量方向算出装置，该测量方向算出装置根据由上述检测传感器检测出的检测值算出用上述测量触头测量上述被测量物表面的测量方向；修正数据选择装置，该修正数据选择装置根据由上述测量方向算出装置算出的上述测量方向，从上述修正表中选择与该测量方向对应的上述偏移值，并将该偏移值作为修正数据；测量点算出装置，该测量点算出装置使用由上述修正数据选择装置选择的上述修正数据，使上述基准点的坐标值向上述测量方向只移上述修正数据而求出上述被测量物表面。
在此，所谓测量触头的基准点，表示前述仿形测头的检测传感器检测过的位置。
在这样的构成中，当从测量方向算出装置输出检测传感器的检测值时，在测量方向算出装置中，能从检测传感器的输出值中算出测量方向的矢量。根据算出的测量方向的矢量，由修正数据选择装置从修正表中选择偏移值。这时，由于在修正表中在每个测量方向上存储了偏移值，所以修正数据选择装置，可以选择与用测量方向算出装置算出的测量方向对应的偏移值。
所选择的偏移值，例如，被与测量触头的基准点坐标值相加(或相减)。可以求出在从测量触头的基准点向测量方向只偏移了偏移值的位置被测量物表面所位于之处，被测量物表面的形状。
在修正表中，由于偏移值在每个测量方向上被设定并根据测量方向修正偏移值，所以可以与测量触头测量被测量物表面的方向无关地正确地求出被测量物表面的形状。
再有，在本发明的表面仿形测量装置中，最好是，上述修正数据选择装置，对于用上述测量方向算出装置算出的测量方向的矢量，从设定在上述修正表中的测量方向中选择内积的绝对值最大的方向。
根据这样的构成，可以选择与用测量方向算出装置算出的测量方向最接近于平行的方向。而且，由于采用内积的绝对值，所以即使是反方向也可以选择最接于平行的方向。这样一来，设定在修正数据上的方向，即使不把全方位包含在范围内，只要是一半的区域即可。
再有，在本发明的表面仿形测量装置中，最好在前述每个测量触头上都设有前述修正表。
根据这样的构成，在用设有多个测量触头的仿形测头进行被测量物表面的仿形测量的场合，由于在每个测量方向等上用最适当的测量触头进行仿形测量，用与其测量触头对应的修正表进行检测值的修正，所以可以提高测量的自由度和精度。
另外，在仿形测头或者测量触头能更换的场合，由于能用与更换的测量触头对应的修正表进行检测值的修正，所以可以提高测量的自由度和精度。
再有，在本发明的表面仿形测量装置中，最好前述修正表设置在前述仿形测头上。
根据这样的构成，由于修正表设置在前述仿形测头上，所以，在更换仿形测头的场合，可以从仿形测头中读出修正表的值并取得最佳的修正数据。因此，修正数据不产生混同，修正数据的管理变得容易。
在此，修正表既可以存储在非易失性的存储装置内，也可以存储在可装卸的存储元件内并做成能够更换。
本发明的仿形测头的修正表的形成方法，上述仿形测头具有接近或者接触被测量物表面的测量触头和检测上述测量触头与被测量物表面的相对位置的检测传感器，将上述测量触头与上述被测量物表面的相对位置保持在预先设定的基准位置范围内进行仿形扫描，上述修正表用于修正从上述仿形测头的上述检测传感器输出的传感器输出，其特征在于，该仿形测头的修正表的制作方法包括修正点设定工序，在该修正点设定工序中在半径和中心坐标值已知的球、即校对球球面上设定坐标值已知的多个修正点；修正点检测工序，在该修正点检测工序中使上述测量触头沿着从上述各修正点向上述校对球的中心点的方向朝向上述各修正点相对移动，检测使测量触头和上述修正点的相对位置成为基准位置范围时的上述修正点的位置；修正数据算出工序，在该修正数据算出工序中把上述修正点检测工序中的上述检测传感器的输出值与上述修正点的坐标值进行对比，算出修正该检测传感器的输出值的修正数据；修正表制作工序，在该修正表制作工序中制作使在上述修正数据算出工序中算出的上述修正数据与从该修正点朝向上述测量触头的中心的方向相对应地储存该修正数据的表。
根据这样的构成，通过在校对球那样的球体上设定修正点并对各修正点取得修正数据，可以在所需要的全方向上得到修正数据。
在此，前述修正数据算出工序，最好具有算出修正由前述检测传感器检测出的检测值的修正系数的修正系数算出工序。前述修正数据算出工序，最好备有算出从前述测量触头的基准点(前述检测传感器所检测的位置)到前述被测量物表面的偏移值的偏移值算出工序。
另外，修正点也可以只设定在校对球的半球部分上。而且，对于剩余的半球部分，可以使用测量方向相反且平行的修正数据。
本发明的仿形测头的修正表的形成方法，上述仿形测头具有接近或者接触被测量物表面的测量触头和检测上述测量触头与被测量物表面的相对位置的检测传感器，将上述测量触头与上述被测量物表面的相对位置保持在预先设定的基准位置范围内进行仿形扫描，
上述修正表用于修正从上述仿形测头的上述检测传感器输出的传感器输出，其特征在于，该仿形测头的修正表的制作方法包括修正点设定工序，在该修正点设定工序中在形状已知的基准规上设定多个修正点；修正点检测工序，在该修正点检测工序中使上述测量触头向上述各修正点相对移动，检测出使该测量触头和上述修正点的相对位置为基准位置范围时的上述修正点的位置；修正数据算出工序，在该修正数据算出工序中把上述修正点检测工序中的上述检测传感器的输出值与上述修正点的坐标值进行对比，算出修正该检测传感器的输出值的修正数据；修正表制作工序，在该修正表制作工序中制作储存在上述修正数据算出工序中算出的上述修正数据的表，上述修正点设定工序，根据预先作为测量被测量物的方向所指定的指定测量方向，在该指定测量方向上设定比其他方向多的上述修正点，上述修正数据算出工序，算出使关于上述修正点的测量误差的平方和为最小的修正数据。
根据这样的构成，可以得到与作为测量被测量物的方向而预先指定的指定测量方向对应的修正表。
例如，在想测量用XY平面截断被测量物时的截面轮廓的场合，测量被测量物的方向(指定测量方向)是与Z方向垂直的方向。这时，当制作修正表时，设定在基准规的表面上的修正点多设定在与XY平面交叉的线上(修正点设定工序)。
用仿形测头检测这样设定的修正点(修正点检测工序)，求出检测误差的平方和为最小的修正数据(修正数据算出工序)。这样，就能得到强烈反映设定在指定测量方向上的多个修正点的影响的修正数据。
通过在指定测量方向上测量被测量物并由根据指定测量方向得到的修正数据修正这时的仿形测头的检测值，能正确地测量被测量物的指定测量方向上的形状。
再有，在修正点设定工序中，在指定测量方向上比其他方向多设定修正点，也包含只在指定测量方向上设定修正点。
另外，作为基准规，除了使用半径已知的校对球而外，还可以使用各种形状的基准规。例如，在把指定测量方向定为包含在一个平面内的方向(与一轴垂直的方向)的场合，作为基准规也可以使用环规。
在以上的构成中，前述解析装置也可以由具有CPU(中央处理装置)和存储器的计算装置成，通过装入规定的程序，作为修正表、测量方向算出装置、修正数据选择装置、检测传感器值修正装置、测量点算出装置进行工作。另外，这样的程序，也可以经互连网等通信手段或CD-ROM、存储卡等记录介质进行安装。在安装规定的程序的场合，也可以把存储卡或CD-ROM等直接插入其电子设备上，也可以外设连接读取这些存储介质的设备。再有，也可以连接LAN电缆、电话线等通过通信供给并安装程序，也可以通过无线通信供给并安装程序。

图1是本发明的表面仿形测量装置的第1实施例的测量系统的整体方块图。
图2是表示前述第1实施例的修正表的构成的图。
图3是表示前述第1实施例的形状解析部的构成的图。
图4是本发明的仿形测头的修正表制作方法的第2实施例的流程图。
图5是前述第2实施例的在校对球的球面上设定坐标网点的例子。
图6是前述第2实施例的求坐标网点的坐标的例子。
图7是表示本发明的表面仿形测量装置的第3实施例的形状解析部和修正表的构成的图。
图8是表示本发明的表面仿形测量装置的变形例1的构成的方块图。
图9是表示本发明的仿形测头的修正表制作方法的第4实施例的原有的修正点的设定的图。
图10是表示前述第4实施例的用三个截面测量圆球的情形的图。
图11A、图11B及图11C是表示前述第4实施例的用原有的修正表修正测量值的样子的图。
图12是表示前述第4实施例的仿形测头的修正表制作方法的顺序的流程图。
图13是表示前述第4实施例的在校对球上设定修正点的情形的图。
图14是表示前述第4实施例的各参数的关系的图。
图15A、图15B及图15C是表示前述第4实施例的使用修正表修正了测量值的结果的图。
图16是表示前述第4实施例的在校对球上设定了修正点的样子的图。
图17是表示作为用原有的仿形测头的表面仿形测量装置的测量系统的图。
图18是表示仿形测头的构成的图。
图19A及图19B是表示在将接触部对被测量物只压入基准压入量Δr的状态下从视在上的接触部中心到被测量物的偏移值Q的图。
具体实施例方式
下面图示本发明的实施方式并参照附加在图中的各要素上的符号说明本发明的实施方式。
(第1实施方式)对本发明的表面仿形测量装置的第1实施方式进行说明。
第1实施方式把作为使用仿形测头的表面仿形测量装置的测量系统表示在图17中。图1表示测量系统100的功能方块图。
该测量系统100的概略构成，是与在背景技术中说明的构成相同的，具有三坐标测量机1、手动操作三坐标测量机1的操作部3，执行三坐标测量机1的驱动控制的动作控制器4，把规定的指令给与动作控制器4，同时执行被测量物W的形状解析等演算处理的个人计算机5、输入测量条件等的输入装置61、输出测量结果的输出装置62。
三坐标测量机1由平台11、立设在平台11上并使仿形测头2三维地移动的驱动机构(移动机构)12、检测驱动机构12的驱动量的驱动传感器13(参照图1)构成。
驱动机构12由从平台11的两侧端起在大致垂直于平台11的方向、即Zm方向上有一定的高度，并可向沿平台11的侧端的Ym轴方向滑动地设置的二根横梁支承体121、支承横梁支承体121的上端且在Xm方向上有一定长度的横梁122、在Xm方向上能滑动地设置在横梁122上且在Zm的轴方向上有导轨的立柱123、在立柱123内沿Z轴方向能滑动地设置的且用下端保持仿形测头2的主轴124构成。
在此，由驱动机构12的Xm轴方向、Ym轴方向、Zm轴方向规定机器坐标系。驱动机构12的Xm轴、Ym轴、Zm轴是相互垂直的驱动轴，由横梁支承体121、立柱123和主轴124构成滑动构件。
驱动传感器13，如图1所示，备有检测横梁支承体121的向Ym方向的移动的Ym轴传感器131、检测立柱123的向Xm方向的移动的Xm轴传感器132、检测主轴124的向Z方向移动的Zm轴传感器133。由驱动传感器13检测的检测结果经由动作控制器4输出给主机5。
仿形测头2具有在顶端具有接触部(测量触头)22的触针21、在一定的范围内能向Xp方向、Yp方向、Zp方向滑动地支承触针21的基端的支承部23。
接触部22被加工成半径为r的大致圆球。
支承部23具有具有能在互相垂直方向上移动的xp滑块、yp滑块和zp滑块的滑动机构(未图示)、检测滑动机构的各轴向的位移量，同时输出检测出的位移量的测头传感器(检测传感器)24。触针21由滑动机构在一定的范围内能滑动地支承在支承部23上。
测头传感器24，如图1所示，备有检测触针21的向Xp方向的移动的XP方向传感器241、检测触针21的向Yp方向的移动的YP方向传感器242、检测触针21的向Zp方向的移动的ZP方向传感器243。由测头传感器24检测的触针21的位移量经由电脑控制部4输出给主机5。
在此，由滑动机构的Xp方向、Yp方向、Zp方向规定测头坐标系。
操作部3备有可摇动地设置在操作盘上且用手动操作仿形测头2的移动的作为手动操作构件的操纵杆31。虽然没有特别图示，但操作部3备有检测操纵杆31的倾斜角等操纵杆31的操作的检测部，从检测部出来的信号输出给动作控制器4。
动作控制器4由对来自驱动传感器13和测头传感器24的检测信号进行计数的计数器部41、根据来自主机5和操作部3的指令驱动控制驱动机构12的驱动控制电路(驱动控制机构)42构成。
计数器部41备有对从驱动传感器13输出的脉冲信号进行计数并计量驱动机构12的驱动量的驱动计数器411、对从测头传感器24输出的脉冲信号进行计数并把触针21的滑动量作为压入量来计量的测头计数器415。
驱动计数器411具有对来自Ym轴传感器131的输出进行计数的Ym轴计数器412、对来自Xm轴传感器132的输出进行计数的Xm轴计数器413、对来自Zm轴传感器133的输出进行计数的Zm轴计数器414。
测头计数器415备有对来自Xp方向传感器241的输出进行计数的Xp方向计数器416、对来自Yp方向传感器242的输出进行计数的Yp方向计数器417、对来自Zp方向传感器243的输出进行计数的Zp方向计数器418。
由驱动计数器411得到的计数值(Xm、Ym、Zm)和由测头计数器415得到的计数值(Xp、Yp、Zp)分别输出给主机5。
主机5备有存储由输入装置61设定并输入的测量条件等的存储器(存储装置)51；指令对被测量物表面进行仿形的移动方向和移动速度的仿形矢量的仿形矢量指令部52；存储关于仿形测头2与被测量物W接触的方向设定的修正数据的修正表53；解析被测量物W的形状的形状解析部54、具有运算装置和存储装置(ROM，RAM)且进行规定程序的执行和数据处理等的中央处理部(CPU)55；连接存储器51、仿形矢量指令部52、修正表53、形状解析部54和中央处理部55的总线56。
存储器51存储由输入装置61设定并输入的测量条件等，例如，存储在仿形扫描中采样驱动机构12的驱动量的间隔(采样间距511)、相对于被测量物W压入接触部22的量Δr(基准压入量512)、由被测量物W的设计数据等产生的轮廓数据513等。
仿形矢量指令部52，例如，根据设定在存储器51中的轮廓数据513，生成仿形扫描被测量物W的矢量指令。另外，仿形矢量指令部52，根据测头计数器415的输出，生成用基准压入量Δr把压入量设定在规定范围(基准位置范围)内的压入方向的矢量指令。用仿形矢量指令部52生成的矢量指令输出给驱动控制电路42。
修正表53，如图2所示，关于仿形测头2与被测量物W接触的方向，具有将测头计数器415的计数值修正为被测量物表面的坐标值的修正数据。
修正表53，作为修正数据，存储着用于修正测头计数器415的计数值的修正系数(Kxp、Kyp、Kzp)和从接触部22的(视在的)中心坐标值到被测量物表面的修正半径r(偏移值Q)。
即，在修正表53中设定有，在每个轴上对测头计数器415的计数值(Xp、Yp、Zp)相乘来修正每个轴的计数值的修正系数(Kxp、Kyp、Kzp)。
另外，在修正表53中设定有，对接触部22的(视在的)中心坐标值沿被测量物表面的法线进行加法(或减法)运算，而把接触部22的中心坐标值修正成被测量物表面的坐标值的修正半径r(偏移值Q)。
在此，修正表53对于预先设定了多个方向具有修正系数(KxpK、Kyp、Kzp)和修正半径r的。多个方向(P1～P29)，是使接触部22与被测量物表面接触的方向，这样，作为在修正表53中设定的方向(P1～P29)，最好在测量被测量物W之际从使接触部22与被测量物表面接触的全部方向中均匀地抽出。或者，对于朝向相互相反的方向把修正系数和修正半径做成大致相等，也可以只使相互相反方向的一方具有修正系数和修正半径。
再有，对于制作修正表53的工序，参照图4、图5和图6在后面的第2实施例中叙述。
形状解析部54，根据由计数器部41计数的计数值和设定在修正表53中的修正数据解析被测量物表面的形状。
形状解析部54，如图3所示，由测量数据存储部541、接触方向算出部(测量方向算出装置)542、修正数据选择部(修正数据选择机装置)543、修正演算部544、测量数据合成部547构成。
测量数据存储部541暂时存储用计数器部41计数的计数值。即，测量数据存储部541，当输入由驱动计数器411计数的计数值和由测头计数器415计数的计数值时对其暂时存储。
接触方向算出部542算出仿形测头2和被测量物W的接触方向(测量方向)。由测头计数器415计数的计数值(Xp、Yp、Zp)，由于表示接触部22被被测量物W押压的方向(被测量物表面的法线方向)，所以接触方向算出部542将把接触部22压向被测量物W的方向作为与用测头计数值表示的方向相反的方向来计算。作为一个例子，可以举出从由测头计数器415得到的计数值(Xp、Yp、Zp)算出压入方向(-Xp、-Yp、-Zp)的单位矢量(接触方向单位矢量)。这样的接触方向的计算，可以对用测量触头计数器415采样的所有的测头计数值进行。
修正数据选择部543根据由接触方向算出部542算出的接触方向(接触方向单位矢量)选择设定在修正表53中的修正数据。例如，从设定在修正表53中的方向(P1～P29)中选择与用接触方向算出部542算出的接触方向一致的方向。另外，在与用接触方向算出部542算出的接触方向一致的方向不存在于修正表53中的场合，从设定在修正表53中的方向(P1～P29)选择最接近于接触方向算出部542算出的接触方向的方向。这样一来，作为选择最接近的方向的手段，例如，求出用形状解析部542算出的接触方向单位矢量和设定在修正表53中的方向的单位矢量的内积，选择内积最大的方向。
当在接触方向算出部542中算出每个采样点的接触方向时，修正数据选择部543选择并读出每个采样点设定在修正表53中的修正数据。
修正演算部544用修正表53的修正数据修正测头计数器415的计数值。修正演算部544备有侧头计数值修正部(检测传感器值修正部)545和接触点算出部(测量点算出部)546。
测头计数值修正部545，使由修正数据选择部543选择的修正数据中的修正系数(Kxp、Kyp、Kzp)与各轴的测头计数值(Xp、Yp、Zp)相乘来修正测头计数值。即，修正后的计数值(Xa、Ya、Za)表示为下述那样。
Xd＝Kxp·XpYd＝Kyp·YpZd＝Kzp·Zp这样修正的测头计数值(Xa、Ya、Za)表示触针21的位移量，与接触部22的中心的位移量相对应，可以求出接触部22的中心的坐标值。
接触点算出部546，将由用修正数据选择部543选择的修正数据之中的修正半径r将测头计数值修正为被测量物表面的接触点。接触点算出部546沿接触部22和被测量物W的接触方向只使接触部22的(视在的)中心点坐标值位移修正半径r。作为接触部22和被测量物W的接触方向，也可以使用由接触方向算出部542算出的接触方向单位矢量。
应求出的被测量物表面的坐标值，从接触部22的(视在的)中心点只偏移接触部22的半径r大�。庇眯拚�53的修正半径r(偏移值Q)向规定方向位移接触部22的中心点坐标值时，能求出接触部22和被测量物表面的接触点坐标值。
测量数据合成部547合成被求出的接触点的坐标值和由驱动计数器411计数的驱动机构12的驱动量，能求出被测量物W的三维形状。
驱动机构12的驱动量由驱动传感器13在机器坐标系中检测出，触针21的位移由测头传感器24在测头坐标系中检测出。而且，测头传感器24的输出值，由修正表53的修正数据修正为接触部22和被测量物W的接触点。因此，例如当合成接触点的坐标值和驱动机构12的驱动量时，能算出被测量物表面形状。在合成接触点的坐标值和驱动机构12的驱动量的场合，例如，在把在测头坐标系中表示的接触点的坐标值变换成机器坐标系之后，加上驱动机构12的驱动量。
在此，由主机5构成解析装置，更具体地讲，由修正表53和形状解析部54构成解析装置。
对备有这样构成的第1实施例的动作进行说明。
首先，在测量之前设定并输入测量条件。作为测量条件，可以举出采样间距511、基准压入量512、被测量物的轮廓数据513等。
其次，测量者用操纵杆31输入的仿形方向指令，或者根据输廓数据513用仿形矢量指令部52生成的方形矢量指令被输出给驱动控制电路42。于是，控制信号从驱动控制电路42输出给驱动机构12并驱动驱动机构12。在由驱动机构12使仿形测头2相对于被测量物表面压入到基准压入量Δr的状态下沿被测量物表面仿形移动。在仿形扫描时，根据从测头计数器415输出给仿形矢量指令部52的测头计数值，把压入量控制成为基准压入量Δr。
用驱动传感器13检测用仿形测头2扫描被测量物表面时的驱动机构12的驱动量，用测头传感器24检测触针21的位移量。用驱动计数器411计数驱动传感器13的传感器输出，用测头计数器415对测头传感器24的传感器输出进行计数。用这样的计数器部41计数的数据，能以设定的采样间距511取得。
用计数器部41(驱动计数器411和测头计数器415)计数而取得的计数值，输出给测量数据存储部541并存储起来，以后，用形状解析部54解析处理并求出被测量物的表面形状。
存储在测量数据存储部541中的数据之中的、仿形测头2的位移(测头计数值)输出给接触方向算出部542。在接触方向算出部542中，从仿形测头2的位移(Xp、Yp、Zp)算出接触方向单位矢量，算出接触部22与被测量物W接触的方向。
当对于取得的全部的测头计数值算出接触方向单位矢量时，由修正数据选择部543根据这些接触方向单位矢量，从修正表53中选择修正测头计数值的修正系数。
这时，算出接触方向单位矢量和设定在修正表53中的方向(P1～P29)的单位矢量的内积并选择内积的绝对值最大的方向。然后，读出与其方向(P1～P29对应的修正系数(Kxp、Kyp、Kzp)。
读出的修正系数(Kxp、Kyp、Kzp)输出给测头计数值修正部545并与对应的测头计数值(Xp、Yp、Zp)相乘。于是，测头计数值被修正，由修正的侧头计数值(Xd、Yd、Zd)正确地求出仿形测头2相对于被测量物W的压入量。于是，能求出接触部22的(视在的)中心坐标值。
另外，根据接触方向单位矢量，由修正数据选择部543对各计数值选择把接触部22的(视在的)中心坐标修正成与被测量物W的接触点坐标值的修正半径r。
选择的修正半径r，输出给接触点算出部546，与接触部22的中心坐标值相加(或相减)。
在此，接触部22的(视在的)中心坐标，可以根据用测头计数值修正部545修正的测头计数值(Xd、Yd、Zd)求出。然后，对接触部22的(视在的)中心坐标值在接触方向单位矢量的方向上加上修正半径r，这样一来，就能算出接触部22和被测量物表面的接触点的坐标。算出的接触点的坐标值，输出给测量数据合成部547。
算出的接触点的坐标值和用驱动计数器411计数的驱动机构12的移动量在测量数据合成部547中被合成。这样一来，可以求出被测量物表面的形状。
根据备有这样的构成的第1实施例，可以得到下述的效果。
(1)在修正表53中，由于在每个接触方向上都设定了作为修正数据的修正系数(Kxp、Kyp、Kzp)，所以即使在由接触部22与被测量物W接触的方向在测头传感器24上产生检测误差的场合，也可以根据接触方向修正传感器输出。于是，由于能正确的检测压入量，所以能正确地求出接触部22的中心坐标值。
而且，在修正表53中，由于在每个接触方向上设定作为修正数据的修正半径r，所以通过在接触部22的(视在的)中心坐标值上加上(或者减去)修正半径r，可以正确地求出与被测量物表面的接触点。这时，由于在每个接触方向上设定了修正半径r，所以，与接触部22的形状误差(来自圆球的误差等)和触针21的挠曲等无关，可以正确地测量被测量物W的表面形状。
(2)在仿形扫描中，用计数器部41取得的测量数据，一旦存储在形状解析部541中，在仿形扫描结束后取得了全部的测量数据时，进行由形状解析部54进行的运算处理。因而，在进行仿形扫描期间，由于不增加运算处理的负担，所以可以迅速地进行仿形扫描。
(3)对接触方向来说，有时由触针21的挠曲等在测头传感器24上产生检测误差并不一定能保持基准压入量Δr保持为一定，但包含由接触方向产生的基准压入量的误差在内可用修正半径r修正。因而，与接触方向的触针21的挠曲无关地正确地求出被测量物W的表面形状。
(4)由于根据接触方向用修正系数修正测头计数值，所以可以正确地求出接触部22和被测量物表面的接触方向。于是，由于使修正半径r从视在上的接触部中心向正确的接触方向移动，所以可以正确地求出被测量物表面坐标。
(第2实施例)
下面，对本发明的第2实施例的仿形测头的修正表制作方法进行说明。图4表示修正表制作方法的流程图。
再有，作为第2实施例的测量系统可以使用与第1实施例中说明的构造相同的测量系统。
首先，在ST1中，准备校对球7。校对球7被加工成半径已知的圆球，例如，如图17中所示的那样，配置在平台11上。
在ST2中，决定校对球7的中心坐标值和半径。作为决定校对球7的中心坐标值和半径的方法，例如，可以由预先校正的别的仿形侧头多点测量校对球7来决定中心和半径。或者，也可以使用接触信号测头或利用激光的多普勒效应的检测器等多点测量校对球7来求出其中心和半径。这样求出的校对球7的中心坐标值和半径被存储在主机5中。由于校对球7被加工成预先已知半径的圆球，所以也可以从该设计数据中知道半径。
在ST3中，在校对球7的球面上设定坐标网点(修正点)P1～P29(修正点设定工序)。用在上边的ST2中决定的校对球7的中心坐标值和半径，在校对球7的球面上设定周期性排列的坐标网点P1～P29。
在此，在从各坐标网点P1～P29向校对球7的中心的方向上设定接触方向，在该接触方向上，接触部22与被测量物W接触时的测头传感器输出(或者测头计数器输出)和从接触部22的中心到被测量物表面的偏移值(例如修正半径r)被修正。
图5表示设定在校对球7的球面上的坐标网点(P1～P29)的例子。图5中，把校对球7的中心作为原点设定相互垂直的X轴、Y轴和Z轴。把通过原点且垂直Z轴的面(XY平面)作为赤道面，从赤道面开始只在成为Z轴正侧的半球部分上设定坐标网点。在图5中，作为坐标网点，准备了29个，在把赤道分成16分的径线和从赤道到极点(Z轴和校对球7的交点)分成4份的纬线的交点之中的规定的位置上设定坐标网点(P1～P29)。
各坐标网点的坐标值P(x、y、z)，例如，如图6所示，用角度的参数θ和ψ、校对球7的半径R并在把校对球7的中心作为原点时表示为下面那样。
x＝R·sinψcosθy＝R·sinψsinθz＝R·cosψ在ST4中，使仿形测头2从坐标网点向校对球7的中心的方向移动并使接触部22与坐标网点P1～P29接触(修正点检测工序)。然后，把接触部22在校对球7上压入到基准压入量Δr为止。
这时，由三坐标测量机1的驱动机构12使仿形测头2移动。因此，当接触部22与校对球7接触了后，在把接触部22压入在校对球7上的过程中，驱动传感器13和测头传感器24的输出值会相互对应。
因此，根据驱动传感器13的输出值，把接触部22在各坐标网点上压入到基准压入量。
再有，接触部22和校对球7接触了的情况，可以由来自测头传感器24的检测信号进行判断。
在ST5中，算出修正测头传感器24的输出值(或者415的输出值)的修正系数(Kxp、Kyp、Kzp)和从接触部22的中心到校对球7的坐标网点的修正半径(修正数据算出工序)。
在仿形测头2对坐标网点压入到基准压入量Δr的状态下，检测测头传感器24的输出(或者测头计数器的输出)。然后，对每个轴求出修正测头传感器24的输出值(Xp、Kp、Zp)和驱动传感器13的输出值的偏移量的修正系数(Kxp、Kyp、Kzp)。
另外，比较接触部22的中心点坐标和坐标网点的坐标，算出从接触部22的视在的中心到坐标网点的偏移值(修正半径r)。
在ST6中，对设定的全部的坐标网点判断是否算出了修正系数和修正半径，在对于全部的坐标网点都算出了修正系数和修正半径的场合，在ST7中，把修正系数和修正半径存储在修正表35中。
在ST7中，对每个接触方向(P1～P29)存储修正系数和修正半径，例如，形成图2所示的修正表53(修正表形成工序)。
再有，在ST6中，在判断为对于所有的坐标网点都没有算出修正系数和修正半径的场合，返回ST4并算出各坐标网点的修正系数和修正半径。
在用这样制作的修正表53修正测头传感器24的输出值和修正半径的场合，对于用接触方向算出部542算出的接触方向单位矢量和在修正表53中设定的方向，算出内积的绝对值，从修正表中选择内积的绝对值最大的方向。
可是，在修正表53中，作为接触方向只设定在半球部分(z方向的正侧)。在从z方向的正侧向z方向的负侧边移动接触部22边接触被测量物的场合(例如，图5中的箭头A)，把大致适当的方向设定在修正表53中。因而，可以求出用接触方向算出部542算出的接触方向单位矢量和设定在修正表53中的接触方向(P1～P29)的内积并从修正表53中选择内积最大的方向。
另一方面，在从z方向的负侧向z方向的正侧边使接触部22移动边接触被测量物W的场合(例如，图5中的肩头B)，与设定在修正表53中的方向是反方向，但是可以通过计算内积的绝对值从修正表53中选择方向相反且最接近于平行的方向。
而且，即使所选择的接触方向(P1～P29)与设定在修正表53中的方向相反，由于与触针21的挠曲或偏移值(修正半径)这样的测量误差有关的原因相同，所以即使方向相反，用等价的修正数据也可以将修正测头传感器24的输出修正为被测量物表面的坐标值。
根据这样的第2实施例，可以具有下面的效果。
(5)通过在校对球7这样的球体上均匀地设定坐标网点并对各坐标网点取得修正数据，可以对所需的全部方向得到修正数据。
(6)通过只对校对球7的半球部分设定坐标网点，可以使修正数据减半。
(第3实施例)下面对本发明的表面仿形测量装置的第3实施例进行说明。
第3实施例的基本构成与第1实施例相同，但如图7所示，修正表的构成不同。
设置多个修正表531、532、……53n，分别对应多个接触部22存储修正数据。
例如，在仿形测头2中，触针21由直线状的轴体和具从轴体的顶端开始与轴体垂直地延伸的十字状的4根臂的十字状臂构成，而且，有时在十字状臂的顶端上分别设置接触部22。
在这样的场合，修正表设置在每个接触部(测量触头)22上，总计设置4个修正表531、532、533、534。
修正数据选择部543使用与在仿形测量中用的接触部(测量触头)22对应的修正表，根据与第1实施例同样的接触方向进行修正数据的选择。
在此，各修正表也可以存储在能装卸的存储元件中，能更换。
(变形例1)下面对本发明的变形例1进行说明第1实施例和第3实施例的修正表，设置在主机5中，但变形例1的修正表，如图8所示，设置在仿形测头2中。
从而，形状解析部54从仿形测头2的修正表91中读取修正数据，但其他方面与第1实施例或者第3实施例相同。
在此，修正表91也可以存储在非易失性的存储装置中，也可以存储在能装卸的存储元件中，从而能进行更换。
这样，由于修正表91设置在仿形测头2上，所以在更换仿形测头2的场合，也同时更换了修正表91。
根据这样的构成，可以无差错地利用与仿形测头2相应的最佳的修正数据，而且，修正数据不会发生混同，修正数据的管理变得容易。
(第4实施例)对本发明的第4实施例的仿型测头的修正表的制作方法进行说明。
以前，当求修正测头传感器(检测传感器)24的检测值的修正系数和接触部22的修正半径r(即偏移值)时，使用最小二乘法，此方法这已为众所周知。
例如，在多个点上测量作为半径已知的圆球的校对球7的表面，求出使关于这些测量值的测量误差的平方和为最小的修正系数和接触部22的修正半径r。
这时，设定在校对球7的表面上的修正点，如图9所示，大致均等地配置在校对球7的半球上。
这样，根据基于大致均等地配置校对球7的表面上的修正点制成的修正表，可以与测量被测量物W的方向无关地修正测量值。
但是，在这样的修正表中，由于欲在整体上使误差最小化，所以存在着无论在哪一个方向上都残存着误差的问题。
例如，如图10所示，当在三个截面上测量圆球71的轮廓时，如图11A、图11B及图11C所示，无论在XY面、YZ面、ZX面的哪一个面上都残存着误差。
由此，产生了不能高精度测量被测量物W的形状的问题。
因此，在第4实施例中，把提供制作用于高精度测量被测量物形状的仿形测头的修正表的方法作为目的，采用下面的构成。
参照图12的流程图说明本第4实施例的仿形测头的修正表的制作方法。
再有，把测量对象是用XY平面截断被测量物W的截面轮廓且测量被测量物W的方向(指定测量方向)是与Z方向垂直的方向的场合作为例子进行说明。
在第4实施例时，首先，在指定(设定)了指定测量方向后、在步骤(ST11)、ST12中，如图13所示，在校对球7(基准量规)的表面上设定多个修正点(修正点设定工序)。这时，与指定测量方向相对应，在校对球7与XY相交的线上(赤道上)设定多修正点。在这样设定修正点时，例如，在赤道L1、纬度45°的线L2、极点上分别把采样间距设定成规定间距，可以在赤道L1上把采样间距取得短，在纬度45°的线L2上把采样间距取得长。
接着，在ST13中，使仿形测头2的接触部22与设定的这些修正点接触并使接触部22在校对球7上压入基准压入量Δr(修正点检测工序)。把这时的测头传感器24的输出值顺序存储在规定的存储机构中(ST14)。
在对所有的修正点进行检测时(ST15YES)，在ST16中由最小二乘法算出修正测头传感器24的输出值(或者测头计数器415的输出值)的修正系数和从接触部22的中心到校对球7的修正点的修正半径r(修正数据算出工序)。
参照图14说明由最小二乘法算出修正数据(修正系数、修正半径)的方法。
用3×3的矩阵[A]表示求出的修正系数，用Pi表示测头传感器24的输出值，用Ci表示驱动传感器13的输出值。而且，把校对球7的中心坐标设定为S，另外，当把校对球7的半径定为R′，把需要求出的修正半径定为r时，接触部22和校对球7的中心间距离R(＝R′+r)用下式表示。
R＝|Ci+APi-S|从而，使测量误差为最小的最小二乘式用下式表示。
fi＝|Ci+APi-S|-RΣi=1nfi2&RightArrow;min---(1)]]>在ST17中，把求出的修正系数[A]和修正半径r存储在修正表中(修正表制作工序)。
用这样形成的修正表修正测头传感器24的输出值和修正半径r。
在此，由修正系数[A]如下面那样修正测头传感器输出值Pi。
Q=[A]P=A11A12A13A21A22A23A31A32A33P1P2P3=Q1Q2Q3]]>再有，在使用(式1)的最小二乘法时，作为未知数，修正系数[A]的要素是9个，校对球7的中心坐标值是3个，修正半径r是1个，合计是13个。从而，设定在校对球表面上的修正点必须是13个以上。
根据这样的第4实施例，可以得到下述的效果。
由于可以制作与测量被测量物W的指定测量方向对应的修正表，所以可以由该修正表正确地修正指定测量方向上的测量值。
例如，当指定测量方向是XY平面内的方向(垂直Z方向的方向)，由与该指定测量方向对应的修正表修正测量值时，如图15A所示，可以正确地测量圆球71的轮廓。
在此，如图15B和图15C所示，对于YZ平面内和ZX平面内的测量，当使用上述修正表时测量误差变大，但由于把测量被测量物W的方向定在XY平面内，所以其他方向上的修正精度没有问题。
再有，修正表也可以在每个不同的指定测量方向上形成多个。
而且，在选择用于修正测量了被测量物W的测量值的修正表时，也可以由外部设定的输入指定适当的修正表，或者也可以进行自动选择。
例如，除了上述指定测量方向为XY平面内(与Z方向垂直的方向)的修正表而外，分别形成把YZ平面内(与X方向垂直的方向)和ZX平面内(与Y方向垂直的方向)定为指定测量方向的修正表。
而且，如果选择与测量被测量物W的方向对应的修正表来修正测量值，除了图15A的XY平面内而外，即使YZ平面内(参照图15B)和ZX平面内(参照图15C)也可以正确地测量被测量物W的形状。
作为指定测量方向，不只是使仿形测头2接近被测量物W的方向，也可以使仿形测头2接触被测量物W时的触针21的角度包含在指定测量方向的信息内。在使接触部22接触被测量物W时，如果触针21的角度不同，由于触针21的弯曲量等不同，所以测头传感器24的检测误差和修正半径R也不同，如果与触针21的角度对应地形成修正表，可以更正确定地进行修正。
把指定测量方向是XY平面内的方向(与Z方向垂直的方向)的场合为例进行了说明，但作为指定测量方向，不局限于此。
例如，作为指定测量方向，除了定为XY平面内的方向(与Z方向垂直的方向)而外，如图16所示，也可以强化从XY平面内的-45°到+45°的方向等级限定。在该场合，从最小二乘法的未知数的关系考虑，修正点需要13个或13以上。
另外，例如，在被测量物W的形状是齿轮、叶片、涡旋件(螺旋形状)的场合，如果预先选定测量这些特殊的形状的指定测量方向，在校对球上在与这些选定的指定测量方向对应的位置上设定多个修正点，可以形成适合于修正测量各种特殊形状的测量值的修正表。
另外，除了指定测量方向而外，也可以在每个仿形速度上形成个别的修正表。
再有，本发明不局限于上述实施例，在可以达到本发明的目的的范围内的变形、改良等都包含在本发明内。
也可以在修正表53中只设定修正系数并在仿形扫描中正确地控制压入量，使其成为一定。这样一来，如果接触部22是圆球并把偏移值看作一定值，就没有必要根据接触方向修正偏移值。
在修正数据选择部543中，通过计算内积的绝对值从修正表53中选择在反方向上平行的方向，但也可以在整个校正球7从整个表面上设定坐标网点或者通过使对半球部分上设定的坐标网点上取得的修正数据回转移动等，使之与另外的半球部分对应，从而在修正表53中预先在全部方向上制作修正数据。
不局限于半球部分，例如，也可以在校对球7的八分之一上设定坐标网点。例如，可以在x、y、z为正的象限上设定坐标网点并取得修正数据，其他的象限，通过回转移动原先取得的数据等来形成。
在第1实施例的修正表53中，也可以不把修正半径r设定在每个方向上。如果把接触部22加工成半径为r的圆球，与方向无关是因为经常把修正半径做成r。而且，如果用修正系数修正测头计数值，由于能正确地求出接触部22的(视在的)中心坐标，所以可以在从该正确地求出的接触部中心只移动半径r的位置上求出被测量物表面。
接触部22的形状不局限于圆球，也可以是算盘珠形状或圆板状。
对于由驱动机构12移动仿形测头2的场合进行了说明，但由于仿形测头2和被测量物W可以相对移动，所以也可以固定仿形测头2而移动被测量物W。
作为测量触头，以与被测量物的表面接触的接触部22为例，作为检测传感器，以测量从被测量物表面压入接触部22的位移量的测头传感器为例进行了说明，但测量触头不局限于与被测量物表面接触的场合，例如，也可以在与被测量物表面有间隙的状态下沿被测量物表面仿形扫描。例如，作为测量触头，也可以是具有与被测量物表面静电电容结合的电极，在把该电极的电位保持固定的状态下，仿形扫描被测量物表面的静电容量式测头。该场合，作为一个例子，检测传感器可以利用检测电极电位的电位传感器。
或者，也可以是把对被测量物表面照射光同时检测来自被测量物表面的反射光的光学式测头。例如，把与被测量物表面的间隙保持在光学式测头的物镜的焦距上进行仿形扫描的光学式测头。在这样的场合下，由本发明的修正表可以修正由使测头与被测量物表面接近的方向产生的检测误差。
在上述实施例中，作为偏移值，是从接触部22的中心点到被测量物表面的距离，或者，从视在上的接触部中心到被测量物表面的距离，但偏移值的定义没有被特别限定，可以由在测量上使用的基准点的采取方法适当定义。例如，作为测量的基准点也可以采用测头传感器24的原点。
另外，在测头上备有测量温度的温度传感器，根据测量测头的温度的结果，求出与基准温度(通常是20℃)的温度差，如果根据该温度差再进行修正数据的温度修正，可以进行更高精度的修正。
在上述实施例中，对于用接触方向算出部542算出的接触方向单位矢量从修正表中选择修正数据并用该选择的修正数据(修正系数、修正半径)进行修正处理，但在修正表中不存在与接触方向一致的方向的场合，也可以通过插补在修正表中设定的修正数据来求出最合适的修正数据。
例如，也可以从修正表的测量方向中选择几个与用接触方向算出部542算出的接触方向单位矢量接近的方向，通过内插这些选择的测量方向的修正数据来求出最合适的修正数据。
权利要求
1.一种表面仿形测量装置，其特征在于，包括仿形测头，该仿形测头具有接近或者接触被测量物表面的测量触头和检测上述测量触头与被测量物表面的相对位置的检测传感器，将上述测量触头与上述被测量物表面的相对位置保持在预先设定的基准范围内进行仿形扫描；移动机构，该移动机构用于使上述仿形测头沿被测量物表面相对移动；驱动传感器，该驱动传感器用于检测上述移动机构的驱动量；解析装置，该解析装置根据由上述检测传感器和驱动传感器检测出的检测值解析上述被测量物的形状，上述解析装置具有修正表，该修正表储存有修正数据，该修正数据用于修正在用上述仿形测头仿形扫描上述被测量物表面之际、在用上述测量触头测量上述被测量物表面的每个测量方向上由上述检测传感器检测出的检测值。
2.如权利要求1所述的表面仿形测量装置，其特征在于，上述修正表具有修正系数，该修正系数用于修正在用上述仿形测头仿形扫描上述被测量物表面之际、在用上述测量触头测量上述被测量物表面的每个测量方向上由上述检测传感器检测出的检测值，上述解析装置包括测量方向算出装置，该测量方向算出装置根据由上述检测传感器检测出的检测值算出用上述测量触头测量上述被测量物表面的测量方向；修正数据选择装置，该修正数据选择装置根据用上述测量方向算出装置算出的测量方向，从上述修正表中选择与该测量方向对应的上述修正系数，并将该修正系数作为修正数据；检测传感器值修正装置，该检测传感器值修正装置把用上述修正数据选择装置选择出的上述修正数据与上述检测传感器的检测值相乘来修正上述检测传感器的检测值。
3.如权利要求1所述的表面仿形测量装置，其特征在于，上述修正表具有，在用上述仿形测头仿形扫描上述被测量物表面之际、在用上述测量触头测量上述被测量物表面的每个测量方向上从上述测量触头的基准点到上述被测量物表面的偏移值，上述解析装置包括测量方向算出装置，该测量方向算出装置根据由上述检测传感器检测出的检测值算出用上述测量触头测量上述被测量物表面的测量方向；修正数据选择装置，该修正数据选择装置根据由上述测量方向算出装置算出的上述测量方向，从上述修正表中选择与该测量方向对应的上述偏移值，并将该偏移值作为修正数据；测量点算出装置，该测量点算出装置使用由上述修正数据选择装置选择的上述修正数据，使上述基准点的坐标值向上述测量方向只移上述修正数据而求出上述被测量物表面。
4.如权利要求2所述的表面仿形测量装置，其特征在于，上述修正数据选择装置，对于用上述测量方向算出装置算出的测量方向的矢量，从设定在上述修正表中的测量方向中选择内积的绝对值最大的方向。
5.如权利要求1至权利要求4的任一项所述的表面仿形测量装置，其特征在于，在每个上述测量触头上都设有上述修正表。
6.如权利要求1至权利要求4的任一项所述的表面仿形测量装置，其特征在于，上述修正表设在上述仿形测头上。
7.一种仿形测头的修正表的制作方法，上述仿形测头具有接近或者接触被测量物表面的测量触头和检测上述测量触头与被测量物表面的相对位置的检测传感器，将上述测量触头与上述被测量物表面的相对位置保持在预先设定的基准位置范围内进行仿形扫描，上述修正表用于修正从上述仿形测头的上述检测传感器输出的传感器输出，其特征在于，该仿形测头的修正表的制作方法包括修正点设定工序，在该修正点设定工序中在半径和中心坐标值已知的球、即校对球球面上设定坐标值已知的多个修正点；修正点检测工序，在该修正点检测工序中使上述测量触头沿着从上述各修正点向上述校对球的中心点的方向朝向上述各修正点相对移动，检测使测量触头和上述修正点的相对位置成为基准位置范围时的上述修正点的位置；修正数据算出工序，在该修正数据算出工序中把上述修正点检测工序中的上述检测传感器的输出值与上述修正点的坐标值进行对比，算出修正该检测传感器的输出值的修正数据；修正表制作工序，在该修正表制作工序中制作使在上述修正数据算出工序中算出的上述修正数据与从该修正点朝向上述测量触头的中心的方向相对应地储存该修正数据的表。
8.一种仿形测头的修正表的形成方法，上述仿形测头具有接近或者接触被测量物表面的测量触头和检测上述测量触头与被测量物表面的相对位置的检测传感器，将上述测量触头与上述被测量物表面的相对位置保持在预先设定的基准位置范围内进行仿形扫描，上述修正表用于修正从上述仿形测头的上述检测传感器输出的传感器输出，其特征在于，该仿形测头的修正表的制作方法包括修正点设定工序，在该修正点设定工序中在形状已知的基准规上设定多个修正点；修正点检测工序，在该修正点检测工序中使上述测量触头向上述各修正点相对移动，检测出使该测量触头和上述修正点的相对位置为基准位置范围时的上述修正点的位置；修正数据算出工序，在该修正数据算出工序中把上述修正点检测工序中的上述检测传感器的输出值与上述修正点的坐标值进行对比，算出修正该检测传感器的输出值的修正数据；修正表制作工序，在该修正表制作工序中制作储存在上述修正数据算出工序中算出的上述修正数据的表，上述修正点设定工序，根据预先作为测量被测量物的方向所指定的指定测量方向，在该指定测量方向上设定比其他方向多的上述修正点，上述修正数据算出工序，算出使关于上述修正点的测量误差的平方和为最小的修正数据。
全文摘要
测量系统包括有驱动仿形测头的三坐标测量机和主机。主机备有修正表(53)和形状解析部(54)。修正表(53)在每个接触方面上都存储了作为修正数据的用于修正测头计数器(415)的计数值的修正系数和与接触部的中心坐标值相对应的到被测量物表面的修正半径r。形状解析部(54)包括接触方向算出部(542)、修正数据选择部(543)和修正运算部(544)。用接触方向算出部(543)算出仿形测头和被测量物(W)的接触方向，修正数据选择部(543)根据该接触方向选择设定在修正表(53)中的修正数据。
文档编号G01B21/04GK1621778SQ20041009166
公开日2005年6月1日申请日期2004年11月24日优先权日2003年11月25日
发明者野田孝, 小仓胜行申请人:株式会社三丰

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表面仿形测量装置和仿形测头的修正表制作方法