JP2022127130A - Method for calibrating shape measuring machine - Google Patents

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JP2022127130A JP2021025088A JP2021025088A JP2022127130A JP 2022127130 A JP2022127130 A JP 2022127130A JP 2021025088 A JP2021025088 A JP 2021025088A JP 2021025088 A JP2021025088 A JP 2021025088A JP 2022127130 A JP2022127130 A JP 2022127130A
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善之 川田
Yoshiyuki Kawada
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Tokyo Seimitsu Co Ltd
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Abstract

To calibrate a rotary table which is mounted to a shape measuring machine in fewer steps while maintaining accuracy, even when at least one axis of the direct-acting mechanism of the shape measuring machine is restored to origin.SOLUTION: Provided is a method for calibrating a shape measuring machine. This method comprises: a first step for initialization of setting an origin position by returning a mobile body to the origin position; a second step of determining an initial value of a center position of a rotary table that corresponds to an initial value of the origin position of the mobile body; a third step of returning a linear motion shaft of the mobile body to the origin position after driving the mobile body; and a fourth step of updating the center position of the mobile body in response to return to the origin point of the mobile body. The fourth step comprises: determining one or more center positions of a reference sphere having a known diameter that is disposed on the rotary table at one or two circumferential positions; and determining the center position of the rotary table from one or two center positions regarding the reference sphere, and updating the center position of the rotary table having been determined in the second step.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

本発明は、ワークの形状・寸法を測定する形状測定機の校正方法に係り、特に回転テーブルを有する形状測定機に好適な校正方法に関する。 The present invention relates to a calibration method for a shape measuring machine that measures the shape and dimensions of a workpiece, and more particularly to a calibration method suitable for a shape measuring machine having a rotary table.

測定対象のワークの外径や内径等を高精度に測定するために、先端が球状のプローブをワークに当接、または、光学式プローブなどを接近させて非接触で測定する、三次元測定可能な形状測定機が多用される。このような形状測定機では、定盤上に水平面内のＸ軸方向、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向、およびＸ、Ｙ軸方向の双方に直交する上下方向のＺ軸方向に動く移動体がそれぞれ用意され、前記プローブは、これらの移動体に接続されており、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動可能となっている。ワークは、上記定盤上に載置される。ワークが回転対称性を有する場合には、ワークの軸を自身のＺ軸に一致させて載置可能な回転テーブルまたはθテーブルを前記定盤上に取り付けて測定することで、測定に要する時間を低減している。 In order to measure the outer diameter, inner diameter, etc. of the workpiece to be measured with high accuracy, a probe with a spherical tip is brought into contact with the workpiece, or an optical probe, etc. is approached to measure without contact, enabling three-dimensional measurement. A shape measuring machine is often used. In such a shape measuring machine, a movable body which moves in the X-axis direction in the horizontal plane on the surface plate, the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction, and the vertical Z-axis direction orthogonal to both the X and Y-axis directions is installed. are prepared respectively, and the probe is connected to these movable bodies and is movable in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. A work is placed on the surface plate. If the workpiece has rotational symmetry, the time required for measurement can be reduced by attaching a rotating table or a θ table on the surface plate that can be placed with the axis of the workpiece aligned with its own Z axis. is decreasing.

ところで、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の移動体および回転テーブルでは、その導入時において各軸を調整し、原点を設定する。これらテーブルは、長期の稼働後の環境変化等でまたは電源切断により、原点が移動する可能性がある。形状測定機を再起動する時に、一旦、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の移動体を原点復帰させると、回転テーブルでは原点が数十μｍもの位置ずれを生じる場合がある。そのため、長期使用後の原点復帰動作や電源切断後の再起動時には、形状測定機の導入時と同様の校正が必要であった。 By the way, in the X-, Y-, and Z-axis moving bodies and the rotary table, each axis is adjusted and the origin is set at the time of introduction. These tables may move their origins due to changes in the environment after long-term operation or due to power off. When the shape measuring machine is restarted, once the moving body in the X-, Y-, and Z-axis directions is returned to the origin, the origin may be displaced by several tens of micrometers on the rotary table. Therefore, when returning to the origin after long-term use or restarting after turning off the power, the same calibration as when the shape measuring machine was introduced was required.

形状測定機を導入する時と同様の校正は、多大な時間と工数を要するものであり、高精度を維持しつつ校正の簡略化または短縮化が求められている。回転テーブルにおける上記不具合を解消するために、従来種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１に記載の座標測定機用ロータリテーブル（回転テーブル）では、ワークを取り付ける治具をロータリテーブルから取り外すことなく、ロータリテーブルの校正を実行している。 Calibration similar to when introducing a shape measuring machine requires a great deal of time and man-hours, and there is a demand for simplification or shortening of calibration while maintaining high accuracy. Conventionally, various methods have been proposed in order to solve the above problems in the rotary table. For example, in a rotary table (rotary table) for a coordinate measuring machine disclosed in Patent Document 1, the rotary table is calibrated without removing a jig for attaching a workpiece from the rotary table.

具体的には、ロータリテーブルの回転中心近傍に第１の基準球を、第１の基準球とは高さが異なる位置に第２の基準球をそれぞれ設けた後、それらの回転中心を求め、一方の基準球の回転中心をロータリテーブルの回転中心に暫定的に設定する。それとともに２個の基準球の回転中心を通る直線の傾きを、ロータリテーブルの傾きとする。さらに第３の基準球をワークの治具を回避した位置に設け、その回転中心を求める。環境変化等で新たな校正が必要になったときに、第３の基準球の回転中心をその都度求め、先に求めておいた第３の基準球の回転中心との差から、暫定的に設定したロータリテーブルの回転中心を補正している。 Specifically, after providing a first reference sphere in the vicinity of the rotation center of the rotary table and a second reference sphere at a position different in height from the first reference sphere, the rotation centers thereof are obtained, The center of rotation of one of the reference spheres is tentatively set to the center of rotation of the rotary table. In addition, the inclination of the straight line passing through the rotation centers of the two reference spheres is used as the inclination of the rotary table. Further, a third reference sphere is provided at a position avoiding the jig of the workpiece, and its center of rotation is determined. Whenever a new calibration becomes necessary due to a change in the environment, etc., the center of rotation of the third reference sphere is determined each time. The rotation center of the set rotary table is corrected.

回転テーブルの他の校正方法が、特許文献２に開示されている。この公報に記載の三次元測定機では、回転テーブルの座標系を登録するために、少なくとも３点の角度位置で回転テーブルの表面の基準点の座標位置を測定する。測定に用いる校正治具は、接触部として３個の同径の球体を有するとともに支柱及び基台を支持部として有し、プローブの先端球に３点で同時に接することが可能である。測定時には、回転テーブルの表面に校正治具を設置してプローブを校正治具に接近させ、プローブの先端球が３個の球体と同時に接触した状態で、座標位置を読み取っている。 Another calibration method for rotary tables is disclosed in US Pat. In the three-dimensional measuring machine described in this publication, the coordinate positions of reference points on the surface of the turntable are measured at at least three angular positions in order to register the coordinate system of the turntable. The calibration jig used for measurement has three spheres of the same diameter as contact portions and a support and a base as support portions, and can simultaneously contact the tip ball of the probe at three points. At the time of measurement, a calibration jig is placed on the surface of the rotary table, the probe is brought close to the calibration jig, and the coordinate positions are read while the tip sphere of the probe is in contact with the three spheres at the same time.

形状測定装置の原点校正を高精度に実行する原点ゲージの例が、特許文献３に開示されている。この公報に記載の原点ゲージは、台座部と、台座部の上方に第１基準球と第２基準球を設置している。台座部は円板形状であって、台座部の中心軸上に第１の基準球の中心を配置する。第２の基準球の中心は、台座部の中心軸からずれた位置にある。第１の基準球及び第２の基準球の相対位置関係は、既知である。測定プローブを外径測定姿勢にして第１の基準球を測定し、その結果に基づいて外径測定姿勢の原点を校正する。さらにプローブを内径測定姿勢にして第２の基準球を測定し、その結果に基づいて内径測定姿勢の原点を校正する。 Patent Document 3 discloses an example of an origin gauge that performs origin calibration of a shape measuring device with high accuracy. The origin gauge described in this publication has a pedestal and a first reference sphere and a second reference sphere above the pedestal. The pedestal is disc-shaped, and the center of the first reference sphere is arranged on the central axis of the pedestal. The center of the second reference sphere is located at a position shifted from the central axis of the pedestal. The relative positional relationship between the first reference sphere and the second reference sphere is known. The first reference sphere is measured with the measurement probe in the outer diameter measurement posture, and the origin of the outer diameter measurement posture is calibrated based on the result. Further, the second reference sphere is measured with the probe in the inner diameter measurement posture, and the origin of the inner diameter measurement posture is calibrated based on the result.

特開平６－２４９６４１号公報JP-A-6-249641 特開２０１２－８３１９２号公報JP 2012-83192 A 特開２０１７－１５４３７号公報JP 2017-15437 A

特許文献１に記載の従来のロータリテーブルでは、被測定物（ワーク）をロータリテーブルに固定する治具をロータリテーブルから撤去することなく、ロータリテーブルの校正をすることが可能である。したがって、温度変化等によりロータリテーブルの中心位置もしくはその指示値が変化しても、ロータリテーブルの中心位置を正確に校正することができる。 In the conventional rotary table disclosed in Patent Document 1, it is possible to calibrate the rotary table without removing from the rotary table a jig for fixing the object to be measured (work) to the rotary table. Therefore, even if the center position of the rotary table or its indicated value changes due to temperature changes or the like, the center position of the rotary table can be accurately calibrated.

しかしながら、この公報に記載のロータリテーブルは、再度の校正のために、基準球を３か所以上の位置で測定しなければならず、校正の工数が増加する。また、この公報に記載のロータリテーブル校正は予め、ロータリテーブル上の第３の基準球の回転中心を求めることが必須である。この校正では、回転中心を求めるためには、３か所以上の複数位置で測定せねばならず、校正の工数が増大する。さらに、この公報に記載のロータリテーブル校正は、ワークの計測中であっても第３の基準球をロータリテーブルに固定保持する必要があり、そのような場所をロータリテーブル上に得られない可能性の大きい一般のワークの測定には、本方法を適用できない。 However, for the rotary table described in this publication, the reference sphere must be measured at three or more positions for recalibration, increasing the man-hours for calibration. Further, in the rotary table calibration described in this publication, it is essential to determine in advance the center of rotation of the third reference sphere on the rotary table. In this calibration, in order to obtain the center of rotation, measurements must be made at three or more positions, which increases the man-hours for calibration. Furthermore, the rotary table calibration described in this publication requires that the third reference sphere be fixed and held on the rotary table even while the workpiece is being measured, and such a location may not be available on the rotary table. This method cannot be applied to the measurement of general workpieces with large .

特許文献２には、回転テーブルの座標系を登録するために、３点以上の角度位置で回転テーブルの座標位置の基準位置を測定することが記載されている。この公報では、通常初期状態で回転テーブルに対して実行する校正についてのみ記載されており、ワークの一連の測定後または新たなワークの測定のために回転テーブルの座標系をチェックするために、形状測定機に搭載された回転テーブルを校正して測定精度を向上させることを考慮していない。すなわち、回転テーブルが形状測定機に搭載されている場合に、温度変化等により形状測定機が備える直動機構の原点が変化する。それにより、形状測定機に搭載された回転テーブルの原点位置が変化させられるが、そのような事態への対処方法については考慮されていない。また、ワークを保持するための治具と基準球との干渉も考慮されておらず、校正のために治具を取り外すなどすれば、治具の重量が例えば、６０ｋｇ以上ともなれば、簡単に取り外しや再設置はできず、多大な工数の増加につながる。特に再設置には、回転テーブルのネジ穴と治具のネジ位置を合わせることに非常に時間を要することが一般である。また、この公報では、基準球を３つ回転テーブル上に設置せねばならず、上記の干渉が発生する要因にもなっている。さらに公報に記載の方法は、回転テーブルのテーブル面の近傍と遠方の両方の位置での測定がされず、回転テーブルが歳差運動（すりこぎ運動）している場合には、回転軸が大きく振れるため、この手法では大きな誤差となる。つまり、高精度で高価な回転テーブル用の校正方法である。 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-201002 describes measuring the reference position of the coordinate position of the turntable at three or more angular positions in order to register the coordinate system of the turntable. This publication only describes calibrations which are usually performed on the rotary table in the initial state, and to check the coordinate system of the rotary table after a series of workpiece measurements or for new workpiece measurements. No consideration is given to improving the measurement accuracy by calibrating the rotary table mounted on the measuring machine. That is, when the rotary table is mounted on the shape measuring machine, the origin of the linear motion mechanism provided in the shape measuring machine changes due to changes in temperature or the like. As a result, the origin position of the rotary table mounted on the shape measuring machine is changed, but no consideration is given to how to deal with such a situation. Also, interference between the jig for holding the workpiece and the reference sphere is not taken into consideration, and if the jig is removed for calibration, for example, if the weight of the jig is 60 kg or more, It cannot be removed or reinstalled, leading to a large increase in man-hours. In particular, it generally takes a long time to align the screw holes of the rotary table with the screw positions of the jig for reinstallation. In addition, in this publication, three reference balls must be set on the rotary table, which causes the above-mentioned interference. Furthermore, the method described in the publication does not measure both near and far from the table surface of the rotary table, and when the rotary table is precessing (precession), the rotation axis is large. Due to swings, this method results in a large error. That is, it is a highly accurate and expensive calibration method for rotary tables.

特許文献３には、校正時に測定用プローブを取り付けるアームが伸びすぎて、アームのたわみが測定に影響するのを防止するために、アームを伸ばさない状態で校正することが開示されている。しかしながらこの公報に記載の原点ゲージにおいても、形状測定装置がワークを測定した後に温度変化や起動／停止の繰り返し等でその直動部の原点位置が変化し、形状測定装置に搭載される円板形状の台座部の原点位置を変化させることについては、考慮されていない。もしくは、変化した原点位置を、精度を保ちながら少ない工程および時間で校正することについて考慮していない。 Patent Document 3 discloses that calibration is performed without extending the arm in order to prevent the deflection of the arm from affecting the measurement due to excessive extension of the arm to which the measurement probe is attached during calibration. However, even with the origin gauge described in this publication, the origin position of the linear motion part changes due to changes in temperature, repetition of start/stop, etc. No consideration is given to changing the origin position of the pedestal of the shape. Alternatively, no consideration is given to calibrating the changed origin position in a small number of steps and time while maintaining accuracy.

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は回転テーブルが搭載された形状測定機において、形状測定機の直動機構である、例えば三次元測定機の少なくとも１軸を原点復帰したときであっても、校正の精度を保ちながら少ない工程または時間で回転テーブルを校正することにある。本発明の他の目的は、この目的に加え、回転テーブル上にワーク保持用の治具が搭載されたままで、回転テーブルの校正を可能にすることにある。本発明のさらに他の目的は、これらの目的に加え、低精度で安価な回転テーブルでも回転中心軸を高精度に求めることにある。そして本発明では、上記各目的の少なくともいずれかを達成することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the problems of the prior art described above. To calibrate a rotary table in a small number of steps or time while maintaining calibration accuracy even when returning to an origin. Another object of the present invention is, in addition to this object, to enable the rotary table to be calibrated while the jig for holding the work is mounted on the rotary table. Still another object of the present invention is, in addition to these objects, to obtain a rotation center axis with high accuracy even in a low-accuracy, inexpensive rotary table. An object of the present invention is to achieve at least one of the above objects.

上記目的を達成する本発明の特徴は、定盤とこの定盤に対して直動可能な少なくとも１軸を備えた移動体と前記定盤に対して回転自在な回転テーブルとを含む形状測定機の校正方法が、前記移動体の原点復帰により原点の初期値を設定する初期設定の第１のステップと、前記移動体の原点位置の初期値に対応する前記回転テーブルの中心位置の初期値および前記回転テーブルの回転軸を求め記憶する初期設定の第２のステップと、前記移動体を駆動後に前記移動体の少なくとも１軸を原点に復帰させる原点復帰の第３のステップと、前記移動体の原点復帰に応じて前記回転テーブルの中心位置を更新する第４のステップを備え、前記第４のステップは、前記回転テーブルを回転駆動して前記回転テーブルの少なくとも２つの周方向位置で、前記回転テーブル表面近傍に配設された直径既知の基準球の中心位置を求めるステップと、前記基準球についての少なくとも２点の中心位置から前記回転テーブルの中心位置を求め、前記第２のステップで記憶された回転テーブルの中心位置の初期値を更新するステップを含むことにある。 A feature of the present invention for achieving the above object is a shape measuring machine including a surface plate, a movable body having at least one axis capable of linear movement with respect to the surface plate, and a rotary table rotatable with respect to the surface plate. comprises a first initial setting step of setting an initial value of the origin by returning the moving body to the origin; an initial value of the center position of the rotary table corresponding to the initial value of the origin position of the moving body; a second initial setting step of obtaining and storing the rotation axis of the rotary table; a third step of origin return of returning at least one axis of the moving body to the origin after driving the moving body; a fourth step of updating the center position of the rotary table in accordance with the return to origin, wherein the fourth step rotates the rotary table to rotate the rotary table at at least two circumferential positions of the rotary table; determining the center position of a reference sphere of known diameter disposed near the surface of the table; determining the center position of the rotary table from the center positions of at least two points on the reference sphere, and storing the center position in the second step; and updating the initial value of the center position of the rotary table.

そしてこの特徴において、前記移動体は互いに直交する３軸方向に移動自在な（Ｘ、Ｙ、Ｚ）移動体であり、前記回転テーブルは、前記（Ｘ、Ｙ、Ｚ）移動体が備える３軸の内の１軸またはこれら３軸のいずれとも異なる１軸周りに回転自在に設けられているのが好ましい。 In this feature, the movable body is a (X, Y, Z) movable body that is movable in three mutually perpendicular axial directions, and the rotary table is a three-axis movable body provided on the (X, Y, Z) movable body. It is preferably provided rotatably around one of the three axes or an axis different from any one of these three axes.

さらに、前記第２のステップ実行後であって前記第３のステップ実行前に、直径既知の前記基準球を前記回転テーブル表面の近傍に配設するとともにその中心位置の初期値を求めて記憶し、前記第４のステップ実行時に、前記回転テーブルを駆動して回転対称にある２つの周方向位置において前記基準球の中心位置を求め、その際記憶された前記基準球の中心位置の初期値に基づいて測定プローブを接近させ配置して前記基準球の中心位置を求め、求めた２つの中心位置に基づいて前記回転テーブルの新たな中心位置を求め、前記第２のステップで求めた回転テーブルの中心位置を新たな中心位置で更新し記憶することが望ましい。 Further, after executing the second step and before executing the third step, the reference sphere having a known diameter is arranged in the vicinity of the surface of the rotary table, and an initial value of its center position is obtained and stored. , when the fourth step is executed, the rotary table is driven to obtain the center position of the reference sphere at two rotationally symmetrical positions in the circumferential direction, and the initial value of the center position of the reference sphere stored at that time is set to The center position of the reference sphere is determined by arranging the measurement probes closer to each other based on the above, a new center position of the rotary table is determined based on the two determined center positions, and the position of the rotary table determined in the second step is determined. It is desirable to update and store the center position with the new center position.

また、前記第２のステップ実行後であって前記第３のステップ実行前に、直径既知の前記基準球を前記回転テーブル表面の近傍に配設するとともにその中心位置の初期値を求めて記憶し、前記第４のステップ実行時に、前記回転テーブルを駆動して異なる３つ以上の周方向位置において前記基準球の中心位置を求め、その際記憶された前記基準球の中心位置の初期値に基づいて測定プローブを接近させ配置して前記基準球の中心位置を求め、前記基準球の求めた３つ以上の中心位置に基づいて前記回転テーブルの新たな中心位置を求め、前記第２のステップで求めた回転テーブルの中心位置をこの新たな中心位置で更新するようにしてもよい。 After executing the second step and before executing the third step, the reference sphere having a known diameter is arranged in the vicinity of the surface of the rotary table, and an initial value of its center position is obtained and stored. , when executing the fourth step, the rotary table is driven to obtain the center position of the reference sphere at three or more different circumferential positions, based on the stored initial value of the center position of the reference sphere. the center position of the reference sphere is obtained by arranging the measurement probe to approach the reference sphere, a new center position of the rotary table is obtained based on the three or more obtained center positions of the reference sphere, and in the second step The obtained center position of the rotary table may be updated with this new center position.

さらにまた、前記第３のステップ実行後に、直径既知の前記基準球を前記回転テーブル表面の近傍に配設し、前記第４のステップ実行時に、前記回転テーブルを駆動して回転対称にある２つの周方向位置において前記基準球の中心位置を求め、求めた２つの中心位置から前記回転テーブルの新たな中心位置を求め、前記第２のステップで求めた回転テーブルの中心位置を新たな中心位置で更新する、または前記第４のステップ実行後に前記基準球を前記回転テーブルから取り外すようにしてもよい。 Furthermore, after executing the third step, the reference sphere having a known diameter is arranged near the surface of the rotary table, and when executing the fourth step, the rotary table is driven to form two rotationally symmetrical spheres. Find the center position of the reference sphere at the circumferential position, find a new center position of the rotary table from the two found center positions, and replace the center position of the rotary table found in the second step with the new center position. Alternatively, the reference sphere may be removed from the rotary table after executing the fourth step.

上記特徴において、前記第２のステップは、前記基準球を前記回転テーブルに配設し、この回転テーブルの周方向の基準位置で前記基準球の中心位置の初期値を測定し記憶することを含み、前記第４のステップは、前記回転テーブルの周方向少なくとも異なる２点の代わりに前記回転テーブルの周方向の基準位置（1か所）で前記基準球の中心位置を新たに求め、前記第２のステップで求めた回転テーブルの中心位置をこの新たな中心位置で更新するものであるようにすることも可能である。 In the above feature, the second step includes disposing the reference sphere on the rotary table, and measuring and storing an initial value of the center position of the reference sphere at a reference position in the circumferential direction of the rotary table. , the fourth step newly obtains the center position of the reference sphere at a reference position (one place) in the circumferential direction of the turntable instead of at least two different points in the circumferential direction of the turntable; It is also possible to update the center position of the rotary table obtained in the step 2) with this new center position.

本発明によれば、形状測定機に付設された回転テーブルの校正方法において、事前に、高精度に回転軸を求めるようにしており、形状測定機の移動体である直動機構の原点復帰後に、回転テーブルの中心位置の校正を少ない測定回数で実現できる。また、回転中心近傍に基準球を設置した場合には１回、回転テーブルの周辺に設置した場合には２回で、回転テーブルの校正を完了することができる。すなわち、従来基準球の中心位置を３回以上測定しないと正確な回転テーブルの中心位置の校正が不可能であったが、１回ないし２回の測定でも実現できる。１回あたりの校正に要する時間が低減したので、頻繁な校正も可能であり、常に高精度な測定値を得ることができる。 According to the present invention, in the method for calibrating the rotary table attached to the shape measuring machine, the rotation axis is obtained in advance with high accuracy, and after the linear motion mechanism, which is the moving body of the shape measuring machine, returns to the origin, , the center position of the rotary table can be calibrated with a small number of measurements. Further, calibration of the turntable can be completed in one time when the reference sphere is set near the center of rotation, and two times when it is set in the periphery of the turntable. That is, conventionally, accurate calibration of the center position of the rotary table was impossible unless the center position of the reference sphere was measured three times or more. Since the time required for each calibration is reduced, frequent calibration is possible, and highly accurate measurement values can always be obtained.

本発明に係る回転テーブルを備えた形状測定機の一実施例の斜視図である。1 is a perspective view of an embodiment of a shape measuring machine equipped with a rotary table according to the present invention; FIG. 本発明に係る回転テーブルの校正方法の一実施例における、ステップ１、２を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining steps 1 and 2 in an embodiment of a rotary table calibration method according to the present invention; 本発明に係る回転テーブルの校正方法の一実施例および他の実施例における、ステップ３、４を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining steps 3 and 4 in one embodiment and another embodiment of the rotary table calibration method according to the present invention; 本発明に係る回転テーブルの校正方法のさらに他の実施例における、ステップ３、４を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining steps 3 and 4 in still another embodiment of the rotary table calibration method according to the present invention; 本発明に係る回転テーブルの校正方法のフローチャートである。4 is a flow chart of a method for calibrating a rotary table according to the present invention;

以下、本発明に係る形状測定機のいくつかの実施例を、図面を用いて説明する。図１は、本発明に係る回転テーブル１８０を備えた三次元形状測定機（三次元測定機、形状測定機とも称す）１００の斜視図である。本実施例の三次元測定機１００は、堅牢に構成された定盤１５０上に回転テーブル（ロータリテーブルとも称す）１８０がθ方向に回転自在に設けられている。θ方向は、詳細を後述するが、一般にはＺ軸周りの方向である。 Several embodiments of the shape measuring machine according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a three-dimensional shape measuring machine (also referred to as a three-dimensional measuring machine or shape measuring machine) 100 having a rotary table 180 according to the present invention. In the three-dimensional measuring machine 100 of the present embodiment, a rotating table (also referred to as a rotary table) 180 is provided on a rigidly constructed surface plate 150 so as to be rotatable in the θ direction. Although the θ direction will be described in detail later, it is generally the direction around the Z axis.

定盤１５０の上面端部には、前後方向に延びる案内レール等からなるＹ軸ガイド１４０、１７０が設けられており、このＹ軸ガイド１４０、１７０には、上下方向に延びるＹキャリッジ１３０、１６０が直動自在に係止している。そして、２つのＹキャリッジ１３０、１６０はその上端部をＸ軸ガイド１１０で接続されており、Ｙキャリッジ１６０とＹキャリッジ１３０が同期して動くことを可能にしている。 Y-axis guides 140 and 170 consisting of guide rails or the like extending in the front-rear direction are provided at the upper end portion of the surface plate 150. The Y-axis guides 140 and 170 are provided with Y-carriages 130 and 160 extending in the vertical direction. is locked so as to move freely. The two Y carriages 130 and 160 are connected at their upper ends by an X-axis guide 110, allowing the Y carriages 160 and 130 to move synchronously.

Ｘ軸ガイド１１０は、ほぼ水平に配置されており、先端部にプローブホルダ１９０を取り付けたＺキャリッジ１２０が、Ｘ軸方向に移動自在に取り付けられている。ここでＸ軸方向は、三次元測定機１００の幅方向であり、Ｚキャリッジ１２０は、Ｘ軸方向に直交するＺ軸方向に移動可能に構成されている。 The X-axis guide 110 is arranged substantially horizontally, and a Z-carriage 120 having a probe holder 190 attached to its tip is attached so as to be movable in the X-axis direction. Here, the X-axis direction is the width direction of the three-dimensional measuring machine 100, and the Z carriage 120 is configured to be movable in the Z-axis direction orthogonal to the X-axis direction.

Ｚキャリッジ１２０に設けられたプローブホルダ１９０の先端には、三次元測定機１００の測定対象および測定内容に応じたプローブ１９２が取り付けられており、Ｚキャリッジ１２０により上下方向、すなわちＸ軸及びＹ軸に直交する方向に移動可能になっている。この図１では、プローブ１９２は、先端に球状の当接手段を持つ水平面内で十字に配置されたプローブである。 At the tip of a probe holder 190 provided on the Z carriage 120, a probe 192 corresponding to the measurement target and measurement content of the three-dimensional measuring machine 100 is attached. It is possible to move in the direction orthogonal to In FIG. 1, the probes 192 are probes arranged crosswise in a horizontal plane having spherical abutment means at their tips.

以上のように構成した三次元測定機１００では、Ｙキャリッジ１３０、１６０、Ｚキャリッジ１２０およびＸ軸ガイド１１０、Ｙ軸ガイド１４０、１７０等は、この三次元測定機１００の直動可能な移動体を構成する。そして、移動体は、Ｘ移動体、Ｙ移動体、Ｚ移動体を含むことになる。本実施例では三次元測定機を例にとり説明しているので、３軸方向に移動可能な構成であるが、以下の説明は１軸方向にしか動くことができない移動体を持つ測定機にも適用できる。 In the three-dimensional measuring machine 100 configured as described above, the Y carriages 130, 160, the Z carriage 120, the X-axis guide 110, the Y-axis guides 140, 170, etc. are movable bodies of the three-dimensional measuring machine 100 that can move linearly. configure. The moving body includes an X moving body, a Y moving body, and a Z moving body. In this embodiment, a three-dimensional measuring machine is used as an example, so the configuration is such that it can move in three axial directions. Applicable.

三次元測定機１００に取り付けられた回転テーブル１８０には、ワークＷが搭載可能である。ワークＷは、図示しない治具等を用いて回転テーブルに固定して取り付けられる。一般にワークＷが回転対称な構成である場合に、回転テーブル１８０を使用するのが便利であり、この図１においても一点鎖線で示すワークＷは、例えばベベルギアである。ベベルギアの場合には、円周を歯数で割った角度（ピッチ）ごとに同一の状態が出現するので、回転テーブル１８０をピッチ分だけ回転させて形状を測定及び確認する。測定結果は、制御・演算装置２１０に送られ、制御・演算装置２１０が有する記憶手段に記憶され、ワークＷの品質評価に供される。 A workpiece W can be mounted on the rotary table 180 attached to the three-dimensional measuring machine 100 . The workpiece W is fixedly attached to the rotary table using a jig or the like (not shown). In general, it is convenient to use the rotary table 180 when the work W has a rotationally symmetrical structure, and the work W indicated by the dashed line in FIG. In the case of a bevel gear, the same state appears at each angle (pitch) obtained by dividing the circumference by the number of teeth, so the rotary table 180 is rotated by the pitch to measure and confirm the shape. The measurement results are sent to the control/calculation device 210, stored in the storage means of the control/calculation device 210, and used for the quality evaluation of the work W. FIG.

ところで、三次元測定機１００を用いて精密測定するためには、その精度を保証するために、種々の段階で機器の校正を実行する。一般的には、三次元測定機１００を導入したとき、１年に１回または数か月に１回程度の定期校正時、バッチ処理等の場合のバッチ終了時もしくはバッチ開始時、三次元測定機１００による測定が完了して電源を遮断した後に再開する時に、三次元測定機１００を校正する。 By the way, in order to perform precision measurement using the three-dimensional measuring machine 100, the equipment is calibrated at various stages in order to guarantee its accuracy. In general, when the three-dimensional measuring machine 100 is introduced, at the time of periodic calibration once a year or once every few months, at the end or start of a batch in the case of batch processing, etc., the three-dimensional measurement CMM 100 is calibrated when measurements by machine 100 are completed and power is turned off and restarted.

従来三次元測定機１００の校正においては、機器導入時はもちろんのこと、その他の校正時においても、以下に第１のステップ及び第２のステップとして示す、機器導入時と同様の校正作業を実行していた。機器導入時の校正は機器を立ち上げるために必要なものであるから、多大な時間を費やすのもやむを得ない。しかし、機器を導入した後に機器を稼働した後の校正は、できるだけ短時間で高精度に実現することが望まれる。そこで、機器導入時に実行した校正結果を利用して、短縮した校正の実現を図った。その結果、以下に示す第３のステップと第４のステップとして示す校正を実行することで、校正時間の短縮化と校正工程の簡易化を図りながら、校正精度を維持できた。以下に各ステップの内容を詳細に説明する。以下では、接触式のプローブについて説明するが、非接触のプローブでも同様である。つまり、接触式のプローブでは、基準球に近接及び当接させる必要があるが、光学式などの非接触のプローブでは、基準球の表面にプローブを接近させ、レーザー光などを基準球に照射するなどして測定を行うが基本的な回転テーブルの校正としての違いはない。 In the calibration of the conventional three-dimensional measuring machine 100, not only when the equipment is installed, but also during other calibrations, the same calibration work as when the equipment is installed, shown below as the first step and the second step, is performed. Was. Since calibration at the time of equipment introduction is necessary to start up the equipment, it is unavoidable to spend a lot of time. However, it is desired that the calibration after the installation of the equipment and the operation of the equipment should be performed with high precision in as short a time as possible. Therefore, we attempted to realize a shortened calibration by using the calibration results that were executed when the equipment was installed. As a result, by executing the calibration shown as the third step and the fourth step shown below, the calibration accuracy could be maintained while shortening the calibration time and simplifying the calibration process. The contents of each step will be described in detail below. A contact probe will be described below, but the same applies to a non-contact probe. In other words, with a contact-type probe, it is necessary to bring it close to and in contact with the reference sphere, but with a non-contact probe such as an optical type, the probe is brought close to the surface of the reference sphere, and the reference sphere is irradiated with a laser beam or the like. However, there is no difference as a basic rotary table calibration.

＜校正の第１のステップ＞
校正の第１、第２のステップは、機器導入時の初期校正や年に１回の定期校正時、使用環境が大幅に変化した場合等に実行する校正である。図２を用いて本ステップを説明する。図２（ａ）は、三次元測定機１００に搭載される回転テーブル１８０の部分のみを取り上げた斜視図であり、図２（ｂ）は三次元測定機１００が備えるプローブ１９２を用いて、第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２の中心の軌跡２２２、２２４からそれぞれの軌跡の中心位置Ω１、Ω２を求める様子を示す模式斜視図である。図２（ｃ）は、第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２の詳細を示す図である。 <First step of proofreading>
The first and second steps of calibration are initial calibration when the equipment is introduced, periodic calibration once a year, and calibration performed when the usage environment changes significantly. This step will be described with reference to FIG. FIG. 2(a) is a perspective view showing only the rotary table 180 mounted on the three-dimensional measuring machine 100, and FIG. 1 and 2 are schematic perspective views showing how to obtain center positions Ω 1 and Ω 2 of respective loci from loci 222 and 224 of the centers of second reference spheres S R1 and S R2 . FIG. 2(c) is a diagram showing details of the first and second reference spheres S R1 and S R2 .

校正の第１のステップでは、回転テーブル１８０を除いた、主として（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の３次元直動機構部の原点復帰を実行し、原点位置を設定する。三次元測定機１００は、図１に示したように、Ｘキャリッジを兼ねるＺキャリッジ１２０がＸ軸ガイド１１０を左右に移動することにより、Ｘ方向位置を定め、Ｙキャリッジ１３０、１６０がＹ軸ガイド１４０、１７０を前後に移動することによりＹ方向位置を定める。また、Ｚキャリッジ１２０内をプローブホルダ１９０が昇降して移動することによりＺ方向位置を定める。その際、各キャリッジ１２０、１３０、１６０およびプローブホルダ１９０の移動量は、図示しないインクレメンタル方式の計測手段、例えばリニアスケール等を用いて計測される。原点復帰の際には、図示しない原点センサの位置まで各軸を移動させることにより原点位置を定める。この原点の設定は従来通りなので、説明を省略する。 In the first step of calibration, except for the rotary table 180, mainly the (X, Y, Z) three-dimensional direct-acting mechanism is returned to the origin, and the origin position is set. In the three-dimensional measuring machine 100, as shown in FIG. 1, the Z carriage 120, which also serves as the X carriage, moves left and right on the X-axis guide 110 to determine the position in the X direction, and the Y carriages 130 and 160 move the Y-axis guides. The Y position is determined by moving 140, 170 back and forth. The Z-direction position is determined by moving the probe holder 190 up and down within the Z carriage 120 . At that time, the amount of movement of each of the carriages 120, 130, 160 and the probe holder 190 is measured using an incremental measuring means (not shown) such as a linear scale. When returning to the origin, the origin position is determined by moving each axis to the position of an origin sensor (not shown). Since the setting of this origin is conventional, the explanation is omitted.

＜校正の第２のステップ＞
三次元測定機１００の直交する３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ軸）の原点復帰を完了したら、三次元測定機１００に搭載した回転テーブル１８０の初期校正を実行する。回転テーブル１８０の初期校正においては、回転テーブル１８０上の２か所に、いずれも事前の測定または製作設計値などにより直径が既知の第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２を上端部に有する校正治具１２、１４を取り外し可能に固定して取り付ける。校正治具１２には、回転テーブル１８０の上面からの高さがＺ１となるように、直径φＤＲ１の基準球ＳＲ１が取り付けられる。同様に、校正治具１４には、回転テーブル１８０の上面からの高さがＺ２となるように、直径φＤＲ２の基準球ＳＲ２が取り付けられる。 <Second step of proofreading>
After completing the origin return of the three orthogonal axes (X, Y, and Z axes) of the three-dimensional measuring machine 100, initial calibration of the rotary table 180 mounted on the three-dimensional measuring machine 100 is performed. In the initial calibration of the rotary table 180, first and second reference spheres S R1 and S R2 whose diameters are known from prior measurements or manufacturing design values are placed at two locations on the rotary table 180 at the upper end. The calibration jigs 12, 14 are detachably fixed and attached. A reference sphere SR1 having a diameter φD R1 is attached to the calibration jig 12 so that the height from the upper surface of the rotary table 180 is Z1 . Similarly, a reference sphere SR2 with a diameter φD R2 is attached to the calibration jig 14 so that the height from the upper surface of the rotary table 180 is Z2 .

直径φＤＲ１とφＤＲ２は、ほぼ同じ大きさであってもよいし異なっていてもよい。一方、高さＺ１は、第１の基準球ＳＲ１をできるだけ回転テーブル１８０の近傍に配置するため、低くなっており、高さＺ２は、第２の基準球ＳＲ２をできるだけ回転テーブル１８０から離すために、測定対象ワークＷの高さかそれ以上であることが望ましい。ただし、測定対象ワークＷが巨大な場合には、第２の基準球ＳＲ２の測定において、測定プローブ２２が当接した際にたわまない等の剛性が保証される高さにする。なお、測定プローブ２２が非接触の場合は、この限りではない。高さＺ１とＺ２は、この回転テーブル１８０の回転中心Ｏを通る回転軸ＡＲを定めるのに用いられる。また、第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２の回転テーブル１８０の回転中心Ｏからの距離が大きければ大きいほど、回転テーブル１８０の中心位置Ｏ及び回転テーブルの回転軸ＡＲを正確に校正できることが期待される。つまり、本発明では、高さの異なる２つの基準球を測定することで、歳差運動のある安価な回転テーブルの回転軸に対しても、その影響を小さくして校正されることが期待される。 Diameters φD R1 and φD R2 may be approximately the same size or may be different. On the other hand, the height Z1 is low in order to place the first reference sphere SR1 as close to the turntable 180 as possible, and the height Z2 is set to place the second reference sphere SR2 as close to the turntable 180 as possible. It is desirable that the height of the workpiece W to be measured or higher is higher than the height of the work W to be separated from. However, if the workpiece W to be measured is huge, the height should be such that rigidity is guaranteed such that the measurement probe 22 does not bend when the measurement probe 22 comes into contact with it in the measurement of the second reference sphere SR2 . Note that this is not the case when the measurement probe 22 is non-contact. Heights Z 1 and Z 2 are used to define an axis of rotation AR passing through the center of rotation O of this turntable 180 . Further, the greater the distance from the rotation center O of the turntable 180 to the first and second reference spheres S R1 and S R2 , the more accurately the center position O of the turntable 180 and the rotation axis A R of the turntable can be set. Hopefully it can be calibrated. In other words, in the present invention, by measuring two reference spheres with different heights, it is expected that the influence of precession on the rotation axis of an inexpensive rotary table can be reduced and the calibration can be performed. be.

回転テーブル１８０は回転軸ＡＲ周りに回転自在であるので、三次元測定機１００の定盤１５０の上面であって回転テーブル１８０が載置される位置の近傍を、回転テーブル１８０の回転の基準位置０（°）とする。基準位置からの回転テーブルの回転量（角度）をθとする。角度θにおける第１の基準球ＳＲ１と第２の基準球ＳＲ２の三次元測定機１００に固定した座標系における位置を、それぞれ（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）、（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）とする。ここで、第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２の位置とは、それぞれの基準球ＳＲ１、ＳＲ２の中心位置ω１、ω２を意味する。 Since the rotary table 180 is rotatable around the rotation axis AR , the vicinity of the position where the rotary table 180 is mounted on the surface plate 150 of the three-dimensional measuring machine 100 is used as a reference for rotation of the rotary table 180. Position 0 (°). Let θ be the rotation amount (angle) of the rotary table from the reference position. The positions of the first reference sphere S R1 and the second reference sphere S R2 at the angle θ in the coordinate system fixed to the three-dimensional measuring machine 100 are represented by (X 1 , Y 1 , Z 1 ), (X 2 , Y 2 , Z 2 ). Here, the positions of the first and second reference spheres S R1 and S R2 mean the center positions ω 1 and ω 2 of the respective reference spheres S R1 and S R2 .

図２（ｂ）に示すように、回転テーブル１８０を回転させて、複数位置で第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２の中心位置ω１、ω２を求める。測定位置数は、少なくとも３か所以上であり、望ましくは６～１２か所程度である。測定位置の周方向角度θの間隔は、ほぼ等間隔とすると測定誤差を低減できる。第１の基準球ＳＲ１の中心位置ω１は、空間表示でπ１ｉ（ｉ＝１、…ｎ：ｎは測定点数）で表され、第２の基準球ＳＲ２の中心位置ω２は、空間表示でπ２ｉ（ｉ＝１、…ｍ：ｍは測定点数）で表される。測定点群π１ｉからは、第１の基準球ＳＲ１の中心位置ω１の軌跡２２２が求まり、測定点群π２ｉからは、第２の基準球ＳＲ２の中心位置ω２の軌跡２２４が求まる。離散点の軌跡２２２を円弧近似することにより、第１の基準球ＳＲ１が作る円の中心位置Ω１が求められ、同様に離散点の軌跡２２４を円弧近似することにより第２の基準球ＳＲ２が作る円の中心位置Ω２が得られる。ここで、Ｚ１が十分小さければ、Ω１を回転中心Ｏとすることができる。また、Ｚ１が既知であれば、Ω１のＺ方向成分（すなわちΩｚ）からＺ１を差し引いたΩ１'（ΩＸ，ΩＹ，ΩＺ－Ｚ１）が回転中心になる。さらに一般的には、２つの円の中心位置Ω１、Ω２を直線で結び、その直線が回転テーブル１８０の上面と交差する点が、回転テーブル１８０の回転中心Ｏになる。求めた回転中心Ｏは、基準回転中心Ｏ（ＸＲ０、ＹＲ０、ＺＲ０）として、制御・演算装置２１０に記憶される。 As shown in FIG. 2(b), the rotary table 180 is rotated to obtain the center positions ω 1 and ω 2 of the first and second reference spheres S R1 and S R2 at a plurality of positions. The number of measurement positions is at least 3 or more, preferably about 6 to 12. If the intervals of the circumferential direction angle θ between the measurement positions are made substantially equal, the measurement error can be reduced. The center position ω 1 of the first reference sphere S R1 is represented by π 1i (i= 1 , . It is represented by π 2i (i=1, . . . m: m is the number of measurement points) in spatial representation. A trajectory 222 of the center position ω1 of the first reference sphere SR1 is obtained from the measurement point group π1i , and a trajectory 224 of the center position ω2 of the second reference sphere SR2 is obtained from the measurement point group π2i . sought. By circularly approximating the locus 222 of the discrete points, the center position Ω 1 of the circle formed by the first reference sphere S R1 is obtained. The center position Ω2 of the circle made by R2 is obtained. Here, if Z1 is sufficiently small, Ω1 can be set as the center of rotation O. Also, if Z 1 is known, Ω 1 ′ (Ω X , Ω Y , Ω Z −Z 1 ) obtained by subtracting Z 1 from the Z-direction component of Ω 1 (that is, Ωz) becomes the center of rotation. More generally, a straight line connecting the center positions Ω 1 and Ω 2 of the two circles, and the point where the straight line intersects the upper surface of the turntable 180 becomes the rotation center O of the turntable 180 . The calculated center of rotation O is stored in the control/arithmetic unit 210 as the reference center of rotation O (X R0 , Y R0 , Z R0 ).

校正工程において、第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２の中心位置ω１、ω２を求める際には、当接型の測定プローブ２２を用いる場合には図２（ａ）に示すように、基準球ＳＲ１、ＳＲ２の周囲に測定プローブ２２を当接させ、基準球ＳＲ１、ＳＲ２の周囲の３点以上の点で測定プローブ２２の座標を計測することにより求まる。ここで、基準球ＳＲ１、ＳＲ２の中心位置ω１、ω２は、予め知られた直径値（直径固定フィット）を利用して、求めても良いが、プローブ２２の直径が誤差を含むことも想定されるので、基準球ＳＲ１、ＳＲ２の表面を４点以上あるいは倣い測定で基準球ＳＲ１、ＳＲ２の表面を万遍なく多点測定し、直径フリーフィットで基準球ＳＲ１、ＳＲ２の中心座標を求める方が好ましい。
測定プローブ２２の直径と基準球ＳＲ１、ＳＲ２の直径φＤＲ１、φＤＲ２を既知とすることで、これにより後述する人手を介さない自動測定が可能になり、測定の効率化が図られる。なお、上記校正の第１、第２のステップは、予めプログラミングすることにより、自動測定が可能である。校正の第２のステップが終了したら、第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２は回転テーブル１８０から取り外される。これにより、ワークＷの三次元測定を支障なく実行することが可能になる。 In the calibration process, when the center positions ω 1 and ω 2 of the first and second reference spheres S R1 and S R2 are obtained, the contact type measurement probe 22 is used as shown in FIG. , by contacting the measurement probe 22 around the reference spheres S R1 and S R2 and measuring the coordinates of the measurement probe 22 at three or more points around the reference spheres S R1 and S R2 . Here, the center positions ω 1 and ω 2 of the reference spheres S R1 and S R2 may be obtained using a diameter value known in advance (diameter fixed fit), but the diameter of the probe 22 may contain an error. Therefore, the surfaces of the reference spheres S R1 and S R2 are measured at four or more points or by scanning measurement, and the surfaces of the reference spheres S R1 and S R2 are evenly measured at multiple points, and the diameter of the reference spheres S R1 is measured by free-fitting. , SR2 .
By making known the diameter of the measurement probe 22 and the diameters φD R1 and φD R2 of the reference spheres S R1 and S R2 , automatic measurement without human intervention, which will be described later, becomes possible, and the efficiency of the measurement is improved. Incidentally, the first and second steps of the above calibration can be automatically measured by programming in advance. After completing the second step of calibration, the first and second reference spheres S R1 , S R2 are removed from the rotary table 180 . As a result, it becomes possible to perform the three-dimensional measurement of the workpiece W without any trouble.

＜校正の第３のステップ＞
以降の校正ステップでは、第３の基準球ＳＲ３を使用する。第３の基準球ＳＲ３の設置は手動に頼らざるを得ないが、第３の基準球ＳＲ３を用いた位置測定に関しては自動測定と手動測定の両方法が可能である。第３の基準球ＳＲ３は、第１の基準球ＳＲ１と同一であってもよいが、その直径φｄＲ３（＝φＤ）は事前の測定または製作設計値などにより、既知である。初めに、校正の第２のステップに連続して行う、第３の基準球ＳＲ３の初期位置測定について説明する。 <Third step of proofreading>
The subsequent calibration steps use the third reference sphere SR3 . Installation of the third reference sphere SR3 must be done manually, but both automatic and manual measurement methods are possible for position measurement using the third reference sphere SR3 . The third reference sphere S R3 may be the same as the first reference sphere S R1 , but its diameter φd R3 (=φD) is known from previous measurements or manufacturing design values. First, the initial position measurement of the third reference sphere SR3 that follows the second calibration step will be described.

図３は、第３の基準球ＳＲ３を用いて自動で校正する場合を説明する図であり、同図（ａ）は、第３の基準球ＳＲ３を設置した状態を示す模式斜視図である。同図（ｂ）は、回転テーブル１８０の中心Ｏから第３の基準球ＳＲ３までの距離を示す図であり、距離のｘ－ｙ平面成分Ｌを示している。同図（ｃ）は、第３の基準球ＳＲ３の測定位置を示す図である。 FIG. 3 is a diagram for explaining the case of automatic calibration using the third reference sphere SR3 . FIG. 3(a) is a schematic perspective view showing the state in which the third reference sphere SR3 is installed. be. FIG. 4(b) shows the distance from the center O of the rotary table 180 to the third reference sphere SR3 , and shows the xy plane component L of the distance. FIG. 1(c) shows the measurement position of the third reference sphere SR3 .

回転テーブル１８０の回転中心Ｏから偏心した位置であって、できるだけ回転テーブル１８０の上面に近接して、第３の基準球ＳＲ３を有する第３の校正治具１６を設定する。第３の校正治具１６の設定要件は、基準球ＳＲ３の回転テーブルにおける半径方向位置及び高さが第１の校正治具１２とほぼ同様であることにあるので、第３の校正治具１６を第１の校正治具１２で兼用してもよい。第３の校正治具１６が設定されたので、回転テーブル１８０の回転の基準位置θ０を、三次元測定機１００の定盤１５０に設定する。この基準位置をθ０＝０°とする。基準位置は、任意位置に設定可能である。 A third calibration jig 16 having a third reference sphere SR3 is set at a position eccentric from the rotation center O of the rotary table 180 and as close to the upper surface of the rotary table 180 as possible. A requirement for setting the third calibration jig 16 is that the radial position and height of the reference sphere SR3 on the rotary table be substantially the same as those of the first calibration jig 12. Therefore, the third calibration jig 16 may also be used as the first calibration jig 12 . Since the third calibration jig 16 has been set, the rotation reference position θ 0 of the rotary table 180 is set on the surface plate 150 of the three-dimensional measuring machine 100 . Let this reference position be θ 0 =0°. The reference position can be set at any position.

次に回転テーブル１８０を回転して、基準位置０°に設定し、第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐ（ｘ、ｙ、ｚ）を計測する。得られた第３の基準球ＳＲ３の中心位置をＰ０（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）として、制御・演算装置２１０に記憶する。 Next, the rotary table 180 is rotated to set the reference position to 0°, and the center position P (x, y, z) of the third reference sphere SR3 is measured. The obtained center position of the third reference sphere S R3 is stored in the control/calculation device 210 as P 0 (X 1 , Y 1 , Z 1 ).

次に、ワークＷの測定を所定回繰り返した後や測定環境が変化した後等に、三次元測定機１００が備える各軸のインクレメンタル方式の計測器の原点を確認および修正するために、三次元測定機１００に対して原点復帰の動作を実行する。これは、通常電源切断前後や、ワークＷの１バッチ分の計測が終了して一段落した後等に実行する、日常的な校正（以下日常校正とも称す）である。なお、原点復帰は必ずしも三次元測定機１００の３軸すべてについて実行する必要はなく、移動頻度の高かった１軸についてだけ原点復帰させてもよい。 Next, after repeating the measurement of the workpiece W a predetermined number of times or after the measurement environment changes, etc., a tertiary The origin return operation is executed for the original measuring instrument 100 . This is routine calibration (hereinafter also referred to as routine calibration) that is usually performed before and after power is turned off, or after the measurement of one batch of workpieces W has been completed and the work has taken a break. It should be noted that the return to origin does not necessarily have to be performed for all three axes of the three-dimensional measuring machine 100, and the return to origin may be performed only for one axis with a high movement frequency.

＜校正の第４のステップ＞
三次元測定機１００の少なくとも１軸について原点復帰させると、回転テーブル１８０の原点復帰した軸に関する成分が不明となる。例えば、測定終了直後の原点復帰前の回転テーブル１８０の中心位置Ｏ（ａ１，ＹＲ０，ＺＲ０）をＸ軸原点復帰すると、回転テーブル１８０の中心位置のＸ座標はａ１とは異なる値になる。ただし、原点復帰や環境変化による中心座標の変化は、自動測定時にプローブを近接及び当接が不可能になるほどにはずれることはない。 <Fourth step of proofreading>
When at least one axis of the three-dimensional measuring machine 100 is returned to the origin, the component related to the axis of the rotary table 180 that has been returned to the origin becomes unknown. For example, when the center position O (a 1 , Y R0 , Z R0 ) of the rotary table 180 before returning to the origin immediately after the measurement is finished is returned to the X-axis origin, the X coordinate of the center position of the rotary table 180 is a value different from a 1 . become. However, changes in the central coordinates due to return to origin or changes in the environment will not deviate to such an extent that the probe cannot approach or abut during automatic measurement.

第３の基準球ＳＲ３を、回転テーブル１８０の上面近傍で、中心から偏心した位置に取り付ける。基準球ＳＲ３をワークＷの測定に影響を及ぼさない回転テーブル１８０上に配置できれば、初期校正状態と同一状態であるから最も好ましい。つまり、回転テーブル上面近傍では、回転テーブルの回転による歳差運動などの誤差要因が小さいことが期待されるため、正確に回転テーブルの回転中心位置Ｏを求められることが期待される。しかしながらそのように基準球ＳＲ３を配置することが困難な場合には、再現性高く第３の基準球ＳＲ３を配置できる位置に取り外し可能に設定することが現実的である。また、第３の基準球ＳＲ３を第１の基準球ＳＲ１で兼用することも可能であり、その場合、第１の基準球ＳＲ１の測定結果の一部を第３の基準球ＳＲ３の初期値とすれば工程数を少なくすることができる。 A third reference sphere SR3 is attached near the upper surface of the rotary table 180 at a position eccentric from the center. If the reference sphere SR3 can be arranged on the rotary table 180 which does not affect the measurement of the workpiece W, it is the same state as the initial calibration state, which is most preferable. That is, in the vicinity of the upper surface of the turntable, error factors such as precession due to rotation of the turntable are expected to be small, so it is expected that the rotation center position O of the turntable can be obtained accurately. However, if it is difficult to arrange the reference sphere SR3 in this way, it is realistic to detachably set the third reference sphere SR3 at a position where it can be arranged with high reproducibility. Also, it is possible to use the first reference sphere SR1 as the third reference sphere SR3 . , the number of steps can be reduced.

以下は、自動校正の場合を示す。第３の基準球ＳＲ３の中心座標を測定するために、三次元測定機１００に記憶している第３の基準球ＳＲ３の想定位置に基づいて、測定プローブ２２を自動で移動させる。第３の基準球ＳＲ３を用いた校正開始前に第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐとして利用できるのは、初期校正時に得た回転テーブル１８０の回転中心Ｏと第３の基準球ＳＲ３の回転中心位置ω３からの距離Ｌおよび基準球ＳＲ３の高さ方向位置である。これより、第３の基準球ＳＲ３の想定中心位置Ｐ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、
Ｘ＝ＸＲ０＋ＬＣＯＳ（θ－θ０）、Ｙ＝ＹＲ０＋ＬＳＩＮ（θ－θ０）、Ｚ＝Ｚ１
と表すことができる。 The following shows the case of automatic calibration. In order to measure the center coordinates of the third reference sphere SR3 , the measurement probe 22 is automatically moved based on the assumed position of the third reference sphere SR3 stored in the three-dimensional measuring machine 100. FIG. Before the calibration using the third reference sphere S R3 is started, the center position P of the third reference sphere S R3 that can be used is the rotation center O of the rotary table 180 obtained at the initial calibration and the third reference sphere S The distance L from the rotation center position ω3 of R3 and the height direction position of the reference sphere SR3 . From this, the assumed center position P (X, Y, Z) of the third reference sphere SR3 is
X=X R0 +LCOS(θ-θ 0 ), Y=Y R0 +LSIN(θ-θ 0 ), Z=Z 1
It can be expressed as.

ここで、Ｌ、θは図３（ｂ）に示すように、それぞれ第３の基準球ＳＲ３の回転テーブル１８０の回転中心Ｏからの距離のｘ－ｙ平面成分および回転テーブル１８０の回転角度である。θ０は、初期校正時に第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐを測定した角度位置であり、初期校正時に基準位置（０°）で測定していたのであれば、θ０は０°である。また、回転テーブル１８０の高さ方向には、ワークＷの測定前後で変化がないものとしている。回転テーブル１８０の回転角度θを変化させて三次元測定機１００の制御・演算装置２１０が第３の基準球ＳＲ３の想定位置を演算および記憶し、以下の測定を実行する。 Here, L and θ are the xy plane component of the distance of the third reference sphere S R3 from the rotation center O of the turntable 180 and the rotation angle of the turntable 180, as shown in FIG. 3(b). be. θ 0 is the angular position at which the center position P of the third reference sphere SR3 was measured during the initial calibration . be. Further, it is assumed that there is no change in the height direction of the rotary table 180 before and after the workpiece W is measured. of the rotary table 180, the control/calculation device 210 of the three-dimensional measuring machine 100 calculates and stores the assumed position of the third reference sphere SR3 , and performs the following measurements.

回転テーブル１８０の回転角度θが回転対称となる２点に測定プローブ２２を接近及び当接させ、第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐを測定する。得られる２点の座標は、Ｐ１（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）、Ｐ２（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）である。この各点の座標値は、原点復帰後の測定値である。なお、回転テーブル１８０の測定点を異なる３点以上とすれば、回転テーブル１８０の回転方向（θを変えた）の測定位置は、回転対称な２点を含む必要はない。回転対称な２点とするのは、測定回数を最小にする場合であるから、測定回数もしくは測定時間を減らす要求が高い場合には２点の測定で済む回転対称な２点での測定とし、回転対称位置を設定するのに多大な作業を必要とするときには、任意の異なる３点以上で測定するのがよい。 The measurement probe 22 is approached and brought into contact with two points at which the rotation angle θ of the rotary table 180 is rotationally symmetrical, and the center position P of the third reference sphere SR3 is measured. The coordinates of the two points obtained are P 1 (X 2 , Y 2 , Z 2 ) and P 2 (X 3 , Y 3 , Z 3 ). The coordinate values of these points are the measured values after returning to the origin. If three or more different measurement points on the turntable 180 are used, the measurement positions in the rotation direction (with different θ) of the turntable 180 do not need to include two rotationally symmetrical points. Two rotationally symmetrical points are used to minimize the number of measurements. Therefore, when there is a strong demand for reducing the number of measurements or the measurement time, measurement at two rotationally symmetrical points is sufficient, When setting the rotationally symmetrical positions requires a lot of work, it is better to measure at three or more arbitrary different points.

回転対称な２点における第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐ１、Ｐ２が求められたので、幾何学的関係から回転テーブル１８０の中心Ｏが求められる。すなわち校正後の回転テーブル１８０の回転中心Ｏ（ＸＲ１、ＹＲ１、ＺＲ１）の各軸成分は、
ＸＲ１＝（Ｘ２＋Ｘ３）／２、ＹＲ１＝（Ｙ２＋Ｙ３）／２、ＺＲ１＝（Ｚ２＋Ｚ３）／２
となり、これらの値を制御・演算装置２１０に記憶し、以後のワークＷの測定に用いる。なお、回転テーブル１８０の中心から偏心した位置に基準球ＳＲ３を設置すれば、回転テーブル１８０の回転対称位置で基準球ＳＲ３を測定するだけでよい。つまり、周方向位置２か所だけの測定で済むようになる。またこの測定では、基準球ＳＲ３を倣い測定することが基準球ＳＲ３の中心を求める際にばらつきを抑えられるので望ましい。 Since the center positions P 1 and P 2 of the third reference sphere S R3 at the two rotationally symmetric points have been obtained, the center O of the rotary table 180 can be obtained from the geometrical relationship. That is, each axial component of the rotation center O (X R1 , Y R1 , Z R1 ) of the rotary table 180 after calibration is
X R1 =(X 2 +X 3 )/2, Y R1 =(Y 2 +Y 3 )/2, Z R1 =(Z 2 +Z 3 )/2
These values are stored in the control/arithmetic unit 210 and used for subsequent measurement of the workpiece W. If the reference sphere SR3 is installed at a position eccentric from the center of the rotary table 180, it is only necessary to measure the reference sphere SR3 at a rotationally symmetrical position of the rotary table 180. FIG. That is, it is sufficient to measure only two positions in the circumferential direction. Further, in this measurement, it is desirable to copy and measure the reference sphere SR3 , since this suppresses variations in determining the center of the reference sphere SR3 .

回転テーブル１８０は、三次元測定において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に移動（直動）するものの、全体としては各軸に対して傾きを変えて移動することはない。したがって、回転テーブル１８０の回転軸ＡＲは、そのベクトル方向を変化させることはなく、これは原点復帰作業により影響されない。回転テーブル１８０の中心座標Ｏの校正が完了したので、第３の基準球ＳＲ３を回転テーブル１８０から必要に応じて取り外し、ワークＷを回転テーブル１８０に載置して、三次元測定機１００による測定を開始する。ここで第３の基準球ＳＲ３を取り外す必要があるのは、ワークＷと干渉する場合等である。 In the three-dimensional measurement, the rotary table 180 moves (directly moves) in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, but does not change the inclination with respect to each axis as a whole. Therefore, the rotation axis AR of rotary table 180 does not change its vector direction, which is unaffected by the homing operation. After the calibration of the central coordinate O of the rotary table 180 is completed, the third reference sphere SR3 is removed from the rotary table 180 as necessary, the workpiece W is placed on the rotary table 180, and the Start measurement. Here, it is necessary to remove the third reference sphere SR3 when it interferes with the workpiece W or the like.

以上が自動校正の場合であるが、手動校正する他の実施例を以下に説明する。自動校正でも手動校正でも、この日常校正前に第３の基準球ＳＲ３を回転テーブル１８０に取り付ける、および日常校正後に回転テーブル１８０から取り外すのは同じである。ただし手動の場合、第３の基準球ＳＲ３を取り付ける時期は、三次元測定機１００の原点復帰作業後でもよい。手動校正が自動校正と異なる主要な点は、第３の基準球ＳＲ３に測定プローブ２２を接近させる動作においてである。
手動校正では測定プローブ２２が第３の基準球ＳＲ３に接近するのを目視等で確認できるので、測定プローブ２２が接触式プローブの場合には、オペレータがジョイスティックを用いてプローブ２２を操作し、第３の基準球ＳＲ３の表面へ測定プローブ２２の表面を当接させる。測定プローブ２２が光学式等の非接触式プローブの場合には、目視でプローブ２２を第３の基準球ＳＲ３の表面に近接させる。
また、３点以上の測定であれば回転対称位置を正確に求める必要もないので、熟練者であれば自動校正と同程度の測定時間で実行できる。測定プローブ２２を第３の基準球ＳＲ３に当接させた以後の測定および回転テーブル１８０の中心位置Ｏの演算は、上記実施例と同様に行われる。 The above is the case of automatic calibration, but another embodiment of manual calibration will be described below. Whether the automatic calibration or the manual calibration, attaching the third reference sphere SR3 to the rotary table 180 before this daily calibration and removing it from the rotary table 180 after the daily calibration are the same. However, in the case of manual operation, the third reference sphere SR3 may be attached after the three-dimensional measuring machine 100 is returned to its origin. The main difference between manual calibration and automatic calibration is in the movement of measuring probe 22 to approach third reference sphere SR3 .
In manual calibration, it is possible to visually confirm that the measurement probe 22 is approaching the third reference sphere SR3 . The surface of the measurement probe 22 is brought into contact with the surface of the third reference sphere SR3 . If the measurement probe 22 is a non-contact probe such as an optical probe, the probe 22 is visually brought close to the surface of the third reference sphere SR3 .
In addition, if three or more points are measured, it is not necessary to accurately obtain the rotationally symmetrical positions, so that a skilled person can perform the measurement in the same amount of time as the automatic calibration. After the measurement probe 22 is brought into contact with the third reference sphere SR3 , the measurement and the calculation of the center position O of the rotary table 180 are performed in the same manner as in the above embodiment.

第３の基準球ＳＲ３を用いて日常校正を自動で行う、さらに他の実施例を、図４を用いて以下に説明する。ここで、図４（ａ）は日常校正前の状態を示し、図４（ｂ）は日常校正中の状態を示す。本実施例が初めに示した実施例と異なるのは、第３の基準球ＳＲ３を初期校正後も取り外すことなくワークＷの測定が可能な場合に適用することにある。具体的には、第３の基準球ＳＲ３を、回転テーブル１８０の中心Ｏまたはその近傍に配置する。可能な限りの近傍に設置することで、この基準球ＳＲ３の中心座標の変化は、原点復帰や環境変化による回転中心の変化と見なすことができる。つまり、回転中心から離れた位置に基準球ＳＲ３を設置すると、回転中心の変化以外の回転テーブル１８０の熱膨張などの誤差要因により、基準球ＳＲ３の位置が変化するので、正確には測定できない。また、この測定において、倣い測定は多点の測定点を取り込むため、ばらつきを極力排除した正確な中心座標を得るのに極めて有効である。そして、ワークＷやワーク固定治具等と干渉せず、いつでも第３の基準球ＳＲ３を用いた日常校正が実施可能になっている。また、この測定においても、測定のばらつきの影響を抑えるため倣い測定が望ましいのは言うまでもない。 Still another embodiment in which daily calibration is automatically performed using the third reference sphere SR3 will be described below with reference to FIG. Here, FIG. 4(a) shows the state before daily calibration, and FIG. 4(b) shows the state during daily calibration. This embodiment differs from the first embodiment in that it is applied to the case where the workpiece W can be measured without removing the third reference sphere SR3 after the initial calibration. Specifically, the third reference sphere SR3 is placed at or near the center O of the rotary table 180 . By installing it as close as possible, a change in the center coordinates of the reference sphere SR3 can be regarded as a change in the rotation center due to return to origin or environmental changes. In other words, if the reference sphere SR3 is placed at a position away from the center of rotation, the position of the reference sphere SR3 will change due to error factors such as thermal expansion of the turntable 180 other than changes in the center of rotation. Can not. Also, in this measurement, since scanning measurement takes in a large number of measurement points, it is extremely effective in obtaining accurate center coordinates that eliminate variations as much as possible. Further, daily calibration using the third reference sphere SR3 can be performed at any time without interfering with the work W, work fixing jigs, or the like. Also in this measurement, it goes without saying that scanning measurement is desirable in order to suppress the influence of variations in measurement.

温度ドリフト等で三次元測定機１００の少なくとも１軸を原点復帰させた後の日常校正において、初期校正時に測定した位置で第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐを測定するだけで、回転テーブル１８０の中心位置Ｏを求める。原則自動校正であるので、初めの実施例と同様に、測定プローブ２２を接近させる第３の基準球ＳＲ３の想定位置が必要となる。第３の基準球ＳＲ３の想定位置（１つの基準位置）として、初期測定で測定した中心位置Ｐ０（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）を用いる。回転テーブル１８０の回転角度θを、第３の基準球ＳＲ３を用いて初期校正した角度位置θ０に設定する。この回転角度θ０で測定プローブを用いて第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐ１（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）を測定する。制御・演算装置２１０は、初期校正時の中心位置Ｐ０（Ｘ１、Ｙ１、Ｚ１）と原点復帰動作があった後の中心位置Ｐ１（Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２）、および初期校正時の回転テーブルの中心位置Ｏ（ＸＲ０、ＹＲ０、ＺＲ０）から、校正後の回転テーブル１８０の回転中心位置Ｏ（ＸＲ１、ＹＲ１、ＺＲ１）を、次式で演算する。
ＸＲ１＝ＸＲ０＋（Ｘ２－Ｘ１）、ＹＲ１＝ＹＲ０＋（Ｙ２－Ｙ１）、ＺＲ１＝ＺＲ０＋（Ｚ２－Ｚ１）
回転テーブル１８０の回転軸ＡＲは、上述と同様の理由で初期校正時と同一ベクトルである。これらの測定及び演算値を制御・演算装置２１０に記憶し、以後、ワークＷの三次元測定を実行する。 In daily calibration after at least one axis of the three-dimensional measuring machine 100 is returned to the origin due to temperature drift or the like, only measuring the center position P of the third reference sphere SR3 at the position measured at the time of the initial calibration allows the rotation table A center position O of 180 is obtained. Since, in principle, the calibration is automatic, an assumed position of the third reference sphere SR3 to which the measurement probe 22 approaches is required, as in the first embodiment. The center position P 0 (X 1 , Y 1 , Z 1 ) measured in the initial measurement is used as the assumed position (one reference position) of the third reference sphere SR3 . The rotation angle θ of the rotary table 180 is set to the angular position θ 0 initially calibrated using the third reference sphere SR3 . At this rotation angle θ 0 , the center position P 1 (X 2 , Y 2 , Z 2 ) of the third reference sphere SR3 is measured using the measurement probe. The control/arithmetic device 210 determines the center position P 0 (X 1 , Y 1 , Z 1 ) at the time of initial calibration, the center position P 1 (X 2 , Y 2 , Z 2 ) after the return-to-origin operation, and The rotation center position O (X R1 , Y R1 , Z R1 ) of the rotary table 180 after calibration is calculated from the center position O (X R0 , Y R0 , Z R0 ) of the rotary table at the time of initial calibration by the following equation. .
X R1 = X R0 + (X 2 - X 1 ), Y R1 = Y R0 + (Y 2 - Y 1 ), Z R1 = Z R0 + (Z 2 - Z 1 )
The rotation axis AR of the rotary table 180 is the same vector as at the time of initial calibration for the same reason as described above. These measurements and calculated values are stored in the control/calculation device 210, and the three-dimensional measurement of the workpiece W is executed thereafter.

上記各実施例を踏まえた、本発明に係る校正方法のフローチャートを、図５に示す。このフローチャートでは、三次元測定機１００の（Ｘ、Ｙ、Ｚ）軸の少なくとも１軸について原点復帰させる場合を例にとるが、温度ドリフト等でインクレメンタル方式の測定機の原点が変化した場合に校正を実行する場合も同様である。なお、このフローチャートでは、ステップＳ５４４がステップＳ５４０の後にも設けられているが、ステップＳ５２２の後でも良い。 FIG. 5 shows a flow chart of the calibration method according to the present invention based on the above embodiments. This flow chart takes as an example the case where at least one of the (X, Y, Z) axes of the three-dimensional measuring machine 100 is returned to the origin. The same is true when performing calibration. Although step S544 is provided after step S540 in this flowchart, it may be provided after step S522.

三次元測定機１００が導入されると、最初に初期設定が実行される。なお、ここでは初期設定を最初の導入時の場合について示すが、装置の大幅な変更や年に一度の定期検査等で実行する校正も初期設定に含まれる。ステップＳ５０２において、回転テーブル１８０に、径が既知の第１、第２の基準球ＳＲ１，ＳＲ２を設置する。第１の基準球ＳＲ１は回転テーブル１８０の上面に近接し、第２の基準球ＳＲ２は回転テーブル１８０から上方に離れた位置に設置する。 When the three-dimensional measuring machine 100 is installed, initial settings are first performed. Here, the initial setting is shown for the initial introduction, but the initial setting also includes calibration performed during a major change in the device and annual periodic inspection. In step S502, first and second reference spheres S R1 and S R2 with known diameters are set on the rotary table 180 . The first reference sphere SR1 is located close to the upper surface of the rotary table 180, and the second reference sphere SR2 is located above the rotary table 180. As shown in FIG.

次いで、回転テーブル１８０を回転し、回転角度θの複数か所、好ましくは６～１２か所で第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２の中心位置ω１、ω２を測定する（ステップＳ５０４）。第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２の中心位置ω１、ω２の測定値π１ｉ、π２ｉから第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２の軌跡円２２２、２２４を近似し、軌跡円の中心位置Ω１、Ω２を制御・演算装置２１０が演算して求める（ステップＳ５０６）。２点Ω１、Ω２を通る直線が回転テーブル１８０の上面と交差する点を、回転テーブル１８０の回転中心Ｏ（ＸＲ０，ＹＲ０，ＺＲ０）として演算して、記憶する（ステップＳ５０８）。基準球ＳＲ１が十分回転テーブル１８０に接近している場合は、Ω１の中心座標を回転中心Ｏ（ＸＲ０，ＹＲ０，ＺＲ０）としても差支えない。このとき、２点Ω１、Ω２を通る直線のベクトルを、回転テーブル１８０の回転軸ベクトルＡＲとして記憶する。以後の校正においては、回転軸ベクトルＡＲは、不変として取り扱う。回転テーブル１８０の初期校正作業が終了したので、測定の邪魔になる第１、第２の基準球ＳＲ１、ＳＲ２を回転テーブル１８０から取り外す（ステップＳ５１０）。以上のステップＳ５０２～Ｓ５１０が、本発明で述べる初期校正である。 Next, the rotary table 180 is rotated to measure the center positions ω 1 and ω 2 of the first and second reference spheres S R1 and S R2 at a plurality of positions, preferably 6 to 12 positions, of the rotation angle θ ( step S504). Locus circles 222 and 224 of the first and second reference spheres S R1 and S R2 are obtained from the measured values π 1i and π 2i of the center positions ω 1 and ω 2 of the first and second reference spheres S R1 and S R2 . By approximation, the control/arithmetic unit 210 calculates and obtains the center positions Ω 1 and Ω 2 of the locus circle (step S506). The point where the straight line passing through the two points Ω 1 and Ω 2 intersects the upper surface of the turntable 180 is calculated as the rotation center O (X R0 , Y R0 , Z R0 ) of the turn table 180 and stored (step S508). . If the reference sphere S R1 is sufficiently close to the rotary table 180, the center coordinates of Ω1 may be set as the rotation center O (X R0 , Y R0 , Z R0 ). At this time, the vector of the straight line passing through the two points Ω 1 and Ω 2 is stored as the rotation axis vector A R of the rotary table 180 . In subsequent calibrations, the rotation axis vector AR is treated as unchanged. Since the initial calibration work for the rotary table 180 is completed, the first and second reference spheres S R1 and S R2 that interfere with the measurement are removed from the rotary table 180 (step S510). The above steps S502 to S510 are the initial calibration described in the present invention.

次に、ステップＳ５１２で、直径既知の第３の基準球ＳＲ３を準備する。第３の基準球ＳＲ３は、第１の基準球ＳＲ１と同一のものであってもよい。第３の基準球ＳＲ３は日常校正に用いるものであり、この第３の基準球ＳＲ３を用いた校正の方法の違いにより、３つの方法に大別される。その区分の一つが、第３の基準球ＳＲ３を常設できるか否かである（ステップＳ５１４）。第３の基準球ＳＲ３を回転テーブル１８０上に常設できる場合はステップＳ５１６に進む。回転テーブル１８０の上面にはワークＷが載置されるので、第３の基準球ＳＲ３を回転テーブル１８０上に常設できない場合が多い。その場合は、ステップＳ５３０に進む。 Next, in step S512, a third reference sphere SR3 with a known diameter is prepared. The third reference sphere SR3 may be identical to the first reference sphere SR1 . The third reference sphere SR3 is used for routine calibration, and there are three different methods of calibration using the third reference sphere SR3 . One of the divisions is whether or not the third reference sphere SR3 can be permanently installed (step S514). If the third reference sphere SR3 can be permanently installed on the rotary table 180, the process proceeds to step S516. Since the workpiece W is placed on the upper surface of the rotary table 180, the third reference sphere SR3 cannot be permanently installed on the rotary table 180 in many cases. In that case, the process proceeds to step S530.

日常校正を簡略に実行するか時間をかけて正確にする実行するか（ステップＳ５１６）で２つ目の区分がある。自動化のために正確な校正を期する場合には本発明の最初の実施例に相当し、自動化に必要な準備のために、日常校正の前にデータ取得をする。具体的にはステップＳ５２０に進み、回転テーブル１８０上であって回転テーブル１８０に接近してかつ回転中心Ｏから外れた位置に、第３の基準球ＳＲ３を配設する。第３の基準球ＳＲ３を回転テーブル１８０の任意の回転角度θ０の位置で測定し、制御・演算装置２１０に記憶する（ステップＳ５２２）。ステップＳ５２０は、日常校正の準備段階を構成する。 There is a second division depending on whether the daily calibration is to be performed simply or to be made accurate over time (step S516). This corresponds to the first embodiment of the present invention when accurate calibration is expected for automation, and data acquisition is performed before daily calibration for preparation necessary for automation. Specifically, the process proceeds to step S520, and a third reference sphere SR3 is disposed on the turntable 180 at a position close to the turntable 180 and away from the center O of rotation. The third reference sphere SR3 is measured at an arbitrary rotation angle θ0 of the rotary table 180 and stored in the control/arithmetic unit 210 (step S522). Step S520 constitutes a preparatory stage for routine calibration.

ステップＳ５３０は、三次元測定機１００の本来の使用法である、ワークＷの測定である。厳密にはステップＳ５３０は、回転テーブル１８０の校正には含まれない。上述したように、日常校正は、ワークの１バッチまたは数バッチ終了後、１日の作業開始時等に、三次元測定機１００が備える（Ｘ，Ｙ，Ｚ）軸の原点復帰に伴い実行される。以下ステップＳ５４０～Ｓ５５０が、本実施例における日常校正を構成する。 Step S530 is the measurement of the workpiece W, which is the original usage of the three-dimensional measuring machine 100 . Strictly speaking, step S530 is not included in the calibration of rotary table 180 . As described above, the daily calibration is executed when the (X, Y, Z) axes provided in the three-dimensional measuring machine 100 are returned to the origin after one or several batches of workpieces are completed, at the start of work for the day, or the like. be. The following steps S540 to S550 constitute daily calibration in this embodiment.

原点復帰をする場合には、ステップＳ５４０に進み、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）軸の少なくとも１軸を原点復帰させる。自動校正のためには測定プローブ２２を第３の基準球ＳＲ３の近接まで接近させる必要があるが、第３の基準球ＳＲ３の位置は原点復帰により正確な位置となっていないので、ステップＳ５２２で記憶したデータを使用し、前述の想定中心位置Ｐとして演算する（ステップＳ５４４）。 When returning to the origin, the process proceeds to step S540, and at least one of the (X, Y, Z) axes is returned to the origin. For automatic calibration, it is necessary to bring the measurement probe 22 closer to the third reference sphere SR3 . Using the data stored in S522, the assumed center position P is calculated (step S544).

接触型の測定プローブ２２では、測定プローブを第３の基準球ＳＲ３に当接させて第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐを測定する。非接触型では第３の基準球ＳＲ３の近傍での出力から第３の基準球ＳＲ３の中心位置を検出する。回転テーブルの回転角度θに関して、回転対称な２か所の位置で、第３の基準球ＳＲ３の回転中心位置Ｐ１、Ｐ２を測定する（ステップＳ５４６）。 The contact-type measurement probe 22 is brought into contact with the third reference sphere SR3 to measure the center position P of the third reference sphere SR3 . In the non-contact type, the center position of the third reference sphere SR3 is detected from the output in the vicinity of the third reference sphere SR3 . Rotation center positions P 1 and P 2 of the third reference sphere SR3 are measured at two rotationally symmetrical positions with respect to the rotation angle θ of the rotary table (step S546 ).

回転対称な回転角度θで測定された第３の基準球ＳＲ３の回転中心位置Ｐ１、Ｐ２から、回転テーブル１８０の中心位置Ｏを、（Ｐ１＋Ｐ２）／２として演算し、制御・演算装置２１０に記憶する（ステップＳ５４８）。以後のワークＷの測定では、この回転テーブル１８０の中心位置Ｏ（ＸＲ１、ＹＲ１，ＺＲ１）を基準に測定を実行する。 From the rotation center positions P 1 and P 2 of the third reference sphere S R3 measured at the rotationally symmetrical rotation angle θ, the center position O of the rotary table 180 is calculated as (P 1 +P 2 )/2, and controlled. - Store in the arithmetic unit 210 (step S548). In subsequent measurements of the workpiece W, measurements are performed with reference to the center position O (X R1 , Y R1 , Z R1 ) of the rotary table 180 .

ステップＳ５１４において、第３の基準球ＳＲ３の非常設を選択すると、上記２番目の実施例になり、ステップＳ５３０に進む。ステップＳ５３０ではワークＷについて三次元測定する。ワークＷの測定が終了したまたは測定作業を開始するときに、Ｘ移動体、Ｙ移動体、Ｚ移動体の少なくとも１軸の移動体が原点復帰される（ステップＳ５７０）と、日常校正を実行するためにステップＳ５７２に進む。自動校正の場合と同様に、第３の基準球ＳＲ３を回転テーブル１８０上に設置し（ステップＳ５７２）、第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐ１、Ｐ２を回転対称な２つの回転角度θで測定する（ステップＳ５７４）。回転テーブル１８０の中心位置Ｏを、（Ｐ１＋Ｐ２）／２として演算し、制御・演算装置２１０に記憶する（ステップＳ５７６）。その際、回転中心軸ベクトルＡＲは変更しない。その後、回転テーブル１８０から第３の基準球ＳＲ３を取り外す（ステップＳ５７８）。ステップＳ５７２～Ｓ５７８は、この実施例における日常校正を構成する。 If, in step S514, the temporary setting of the third reference sphere SR3 is selected, the above second embodiment is reached, and the process proceeds to step S530. In step S530, the workpiece W is three-dimensionally measured. When the measurement of the workpiece W is completed or the measurement work is started, at least one of the X moving body, the Y moving body, and the Z moving body is returned to the origin (step S570), and daily calibration is performed. Therefore, the process proceeds to step S572. As in the case of automatic calibration, the third reference sphere S R3 is placed on the rotary table 180 (step S572), and the center positions P 1 and P 2 of the third reference sphere S R3 are set to two rotationally symmetrical rotations. The angle θ is measured (step S574). The center position O of the rotary table 180 is calculated as (P 1 +P 2 )/2 and stored in the control/calculation device 210 (step S576). At that time, the rotation center axis vector AR is not changed. After that, the third reference sphere SR3 is removed from the rotary table 180 (step S578 ). Steps S572-S578 constitute daily calibration in this embodiment.

ステップＳ５１６において、第３の基準球ＳＲ３を用いた測定が１回の簡易校正を選択すると、上記最後の例に相当し、ステップＳ５２６に進む。初めの２つの実施例とは異なり、第３の基準球ＳＲ３を回転テーブル１８０の回転中心０またはその近傍に設置する。次に、回転テーブル１８０の任意の回転角度θ０で第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐ１（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を測定し、制御・演算装置２１０に記憶する（ステップＳ５２８）。ワークＷの測定（ステップＳ５３０）が終了後に、（Ｘ，Ｙ，Ｚ）テーブルの少なくとも１軸を原点復帰（ステップＳ５６０）させ、先に第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐ１を測定したのと同一の回転角度θ０で、第３の基準球ＳＲ３の中心位置Ｐ２（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）を測定し制御・演算装置２１０に記憶する（ステップＳ５６２）。次いで、これらのデータを用いて、制御・演算装置２１０が、回転テーブルの中心Ｏ（ＸＲ１，ＹＲ１，ＺＲ１）を、ＸＲ１＝ＸＲ０＋（Ｘ２－Ｘ１）等の式を用いて演算し記憶する（ステップＳ５６４）。これで日常校正は終了する。本例では、ステップＳ５６０～ステップＳ５６４が日常校正を構成する。 In step S516, if simple calibration with one measurement using the third reference sphere SR3 is selected, this corresponds to the last example above, and the process proceeds to step S526. Unlike the first two embodiments, the third reference sphere SR3 is placed at or near the center of rotation 0 of the rotary table 180. FIG. Next, the center position P 1 (X 1 , Y 1 , Z 1 ) of the third reference sphere S R3 is measured at an arbitrary rotation angle θ 0 of the rotary table 180 and stored in the control/arithmetic device 210 (step S528). After the measurement of the workpiece W (step S530) is completed, at least one axis of the (X, Y, Z) table is returned to the origin (step S560), and the center position P1 of the third reference sphere SR3 is measured first . At the same rotation angle θ 0 as 1, the center position P 2 (X 2 , Y 2 , Z 2 ) of the third reference sphere S R3 is measured and stored in the control/arithmetic device 210 (step S562). Then, using these data, the control/arithmetic unit 210 calculates the center O (X R1 , Y R1 , Z R1 ) of the rotary table by using an expression such as X R1 =X R0 +(X 2 -X 1 ). is calculated and stored (step S564). This completes the daily calibration. In this example, steps S560 to S564 constitute daily calibration.

以上説明したように、本発明の各実施例によれば、少ない時間または少ない工数で日常校正を容易に実施でき、常時、高品質な三次元測定を可能にする。また、第１の基準球と第３の基準球は同一のものを使用可能なので、新たに構成用の治具等を不要とし、校正装置が簡単になる。さらに、測定対象ワークの種類に応じた三次元測定機の校正も可能であるし、逆にあらゆるワークの種類に対して１種類の校正治具だけを使用して三次元測定機を校正することもできる。 As described above, according to each embodiment of the present invention, daily calibration can be easily performed in a short time or a small number of man-hours, and high-quality three-dimensional measurement can always be performed. In addition, since the same reference sphere can be used as the first reference sphere and the third reference sphere, a new jig or the like for construction is not required, and the calibrating device can be simplified. Furthermore, it is possible to calibrate the coordinate measuring machine according to the type of workpiece to be measured, or conversely, calibrate the coordinate measuring machine using only one type of calibration jig for all types of workpieces. can also

１２…（第１の）校正治具、１４…（第２の）校正治具、１６…（第３の）校正治具、２２…測定プローブ、１００…三次元測定機、１１０…Ｘ軸ガイド、１２０…Ｚキャリッジ、１３０…Ｙキャリッジ、１４０…Ｙ軸ガイド、１５０…定盤、１６０…Ｙキャリッジ、１７０…Ｙ軸ガイド、１８０…回転テーブル（ロータリテーブル）、１９０…プローブホルダ、１９２…プローブ、２１０…制御・演算装置、２２２…（第１の基準球の）中心の軌跡、２２４…（第２の基準球の）中心の軌跡、ＡＲ…（回転テーブルの）回転中心軸（ベクトル）、ｄＲ１、ｄＲ２…（第１、第２の基準球の）直径、Ｄ…（第３の基準球の）直径、Ｏ…回転中心（位置）、Ｌ…（中心Ｏからの）距離（ｘ－ｙ平面成分）、Ｐ、Ｐ１、Ｐ２…（第３の基準球の）中心位置、ＳＲ１、ＳＲ２、ＳＲ３…基準球、Ｗ…ワーク、π１ｉ、π２ｉ…（計測した第１、第２の基準球の）中心、ω１、ω２…（第１、第２の）基準球の中心位置、Ω１、Ω２…（第１、第２の基準球の中心）軌跡の中心位置 12... (first) calibration jig, 14... (second) calibration jig, 16... (third) calibration jig, 22... measurement probe, 100... three-dimensional measuring machine, 110... X-axis guide , 120...Z carriage, 130...Y carriage, 140...Y-axis guide, 150...Surface plate, 160...Y carriage, 170...Y-axis guide, 180...Rotary table (rotary table), 190...Probe holder, 192...Probe , 210... control/arithmetic unit, 222... trajectory of the center (of the first reference sphere), 224 ... trajectory of the center (of the second reference sphere), AR... rotation center axis (vector) of the rotary table , d R1 , d R2 . . . (first and second reference sphere) diameters, D . xy plane component ), P , P 1 , P 2 . ω 1 , ω 2 . . . Center positions of (first and second) reference spheres, Ω 1 , Ω 2 . ) locus center position

Claims (7)

定盤とこの定盤に対して直動可能な少なくとも１軸を備えた移動体と、前記定盤に対して回転自在な回転テーブルとを含む形状測定機の校正方法において、
前記移動体の原点復帰により原点位置を設定する初期設定の第１のステップと、
前記移動体の原点位置の初期値に対応する前記回転テーブルの中心位置の初期値および前記回転テーブルの回転軸を求め記憶する初期設定の第２のステップと、
前記移動体を駆動後に前記移動体の少なくとも１軸を原点に復帰させる原点復帰の第３のステップと、
前記移動体の原点復帰に応じて前記回転テーブルの中心位置を更新する第４のステップを備え、
前記第４のステップは、前記回転テーブルを回転駆動して前記回転テーブルの少なくとも２つの周方向位置で、前記回転テーブル表面近傍に配設された直径既知の基準球の中心位置を求めるステップと、
前記基準球についての少なくとも２点の中心位置から前記回転テーブルの中心位置を求め、前記第２のステップで記憶された回転テーブルの中心位置の初期値を更新するステップを含む、ことを特徴とする形状測定機の校正方法。 A method for calibrating a shape measuring machine including a surface plate, a movable body having at least one axis capable of linear movement with respect to the surface plate, and a rotary table rotatable with respect to the surface plate,
a first initial setting step of setting an origin position by returning the moving body to the origin;
a second initial setting step of obtaining and storing an initial value of the center position of the rotary table and a rotation axis of the rotary table corresponding to the initial value of the origin position of the moving body;
a third origin return step of returning at least one axis of the moving body to the origin after driving the moving body;
A fourth step of updating the center position of the rotary table according to the return to origin of the moving body;
the fourth step is a step of rotationally driving the turntable to determine the center position of a reference sphere with a known diameter disposed near the surface of the turntable at at least two circumferential positions of the turntable;
determining the center position of the turntable from the center positions of at least two points on the reference sphere, and updating the initial value of the center position of the turntable stored in the second step. How to calibrate a shape measuring machine. 前記移動体は互いに直交する３軸方向に移動自在な（Ｘ、Ｙ、Ｚ）移動体であり、前記回転テーブルは、前記（Ｘ、Ｙ、Ｚ）移動体が備える３軸の内の１軸またはこれら３軸のいずれとも異なる１軸周りに回転自在に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の形状測定機の校正方法。 The movable body is a (X, Y, Z) movable body that is movable in three mutually orthogonal axial directions, and the rotary table is one of the three axes of the (X, Y, Z) movable body. 2. The method of calibrating a shape measuring machine according to claim 1, wherein the measuring machine is provided rotatably around one axis different from any one of these three axes. 前記第２のステップ実行後であって前記第３のステップ実行前に、直径既知の前記基準球を前記回転テーブル表面の近傍に配設するとともにその中心位置の初期値を求めて記憶し、
前記第４のステップ実行時に、前記回転テーブルを駆動して回転対称にある２つの周方向位置において前記基準球の中心位置を求め、その際記憶された前記基準球の中心位置の初期値に基づいて測定プローブを接近させ配置して前記基準球の中心位置を求め、求めた２つの中心位置に基づいて前記回転テーブルの新たな中心位置を求め、前記第２のステップで求めた回転テーブルの中心位置を新たな中心位置で更新し記憶することを特徴とする請求項１または２に記載の形状測定機の校正方法。 After executing the second step and before executing the third step, disposing the reference sphere with a known diameter in the vicinity of the surface of the rotary table and obtaining and storing an initial value of the center position thereof;
When executing the fourth step, the rotary table is driven to obtain the center position of the reference sphere at two rotationally symmetrical positions in the circumferential direction, and based on the stored initial value of the center position of the reference sphere. The center position of the reference sphere is obtained by arranging the measurement probes closer to each other, the new center position of the rotary table is obtained based on the two obtained center positions, and the center of the rotary table obtained in the second step is obtained. 3. The method of calibrating a shape measuring machine according to claim 1, wherein the position is updated with a new center position and stored. 前記第２のステップ実行後であって前記第３のステップ実行前に、直径既知の前記基準球を前記回転テーブル表面の近傍に配設するとともにその中心位置の初期値を求めて記憶し、
前記第４のステップ実行時に、前記回転テーブルを駆動して異なる３つ以上の周方向位置において前記基準球の中心位置を求め、その際記憶された前記基準球の中心位置の初期値に基づいて測定プローブを接近させ配置して前記基準球の中心位置を求め、前記基準球の求めた３つ以上の中心位置に基づいて前記回転テーブルの新たな中心位置を求め、前記第２のステップで求めた回転テーブルの中心位置をこの新たな中心位置で更新することを特徴とする請求項１または２に記載の形状測定機の校正方法。 After executing the second step and before executing the third step, disposing the reference sphere with a known diameter in the vicinity of the surface of the rotary table and obtaining and storing an initial value of the center position thereof;
When executing the fourth step, the rotary table is driven to obtain the center position of the reference sphere at three or more different circumferential positions, and based on the stored initial value of the center position of the reference sphere at that time The center position of the reference sphere is obtained by arranging the measurement probes closer to each other, the new center position of the rotary table is obtained based on the three or more obtained center positions of the reference sphere, and the second step obtains the center position. 3. The method of calibrating a shape measuring machine according to claim 1, further comprising updating the center position of the rotary table that has been set to the new center position. 前記第３のステップ実行後に、直径既知の前記基準球を前記回転テーブル表面の近傍に配設し、
前記第４のステップ実行時に、前記回転テーブルを駆動して回転対称にある２つの周方向位置において前記基準球の中心位置を求め、求めた２つの中心位置から前記回転テーブルの新たな中心位置を求め、前記第２のステップで求めた回転テーブルの中心位置を新たな中心位置で更新することを特徴とする請求項１または２に記載の形状測定機の校正方法。 after executing the third step, disposing the reference sphere with a known diameter near the surface of the rotary table;
When the fourth step is executed, the rotary table is driven to obtain the center position of the reference sphere at two rotationally symmetrical circumferential positions, and a new center position of the rotary table is calculated from the obtained two center positions. 3. The method of calibrating a shape measuring machine according to claim 1, further comprising updating the center position of the rotary table determined in the second step with a new center position. 前記第４のステップ実行後に前記基準球を前記回転テーブルから取り外すことを特徴とする請求項１、２、４のいずれか１項に記載の形状測定機の校正方法。 5. The method of calibrating a shape measuring machine according to any one of claims 1, 2 and 4, wherein the reference sphere is removed from the rotary table after execution of the fourth step. 前記第２のステップは、前記基準球を前記回転テーブルに配設し、この回転テーブルの周方向の基準位置で前記基準球の中心位置の初期値を測定し記憶することを含み、
前記第４のステップは、前記回転テーブルの周方向少なくとも異なる２点の代わりに前記回転テーブルの周方向の基準位置１点で前記基準球の中心位置を新たに求め、
前記第２のステップで求めた回転テーブルの中心位置をこの新たな中心位置で更新するものである、ことを特徴とする請求項１または２に記載の形状測定機の校正方法。 The second step includes disposing the reference sphere on the rotary table, measuring and storing an initial value of the center position of the reference sphere at a reference position in the circumferential direction of the rotary table,
the fourth step newly obtains the center position of the reference sphere at one reference position in the circumferential direction of the turntable instead of at least two different points in the circumferential direction of the turntable;
3. The method of calibrating a shape measuring machine according to claim 1, wherein the center position of the rotary table obtained in the second step is updated with this new center position.
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