JP3001989B2 - 座標測定装置の修正方法及び座標測定装置 - Google Patents
座標測定装置の修正方法及び座標測定装置Info
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Description
回継ぎ手を介して取り付けられたプローブヘッドの実際
・位置を修正する方法及び座標測定装置に関する。
て、ワークの座標測定に用いるプローブヘッドの角度を
整合させて、プローブヘッドを所望の測定課題のために
最適に導入できるように、すなわちワークの異なる配置
位置の複数の孔内へ進入させられるようにするものであ
る。
られる:1つの部類には切り替え可能な回転旋回継ぎ手
があり、この場合装着されたプローブヘッドがノッチを
介して有限の数の、例えば互いにほぼ7.5°異なる角
度位置に調節できるようになっている。他方の部類には
測定可能な回転旋回継ぎ手があり、この回転旋回継ぎ手
は両方の軸内にエンコーダを有していて、連続的に任意
の回転若しくは旋回角度に調節できるようになってお
り、エンコーダが調節された角度位置に相当する測定値
を座標測定装置のコンピュータに供給するようになって
いる。
S−PS4313263号公報に記載されており、測定
可能な回転旋回継ぎ手はDE−OS3740070号公
報に記載されている。
回継ぎ手に取り付けられたプローブヘッドの位置あるい
はプローブヘッドのプローブ球の位置は、座標測定を高
精度で行おうとする場合にはすべての角度位置で正確に
把握されていなければならない。前述の構成部分は自重
に基づき数10μmの範囲でたわむ。プローブ及び延長
シャフトの角度位置が変わらない限り、たわみの量は一
定であり、ワークの座標測定に影響を及ぼさない。しか
しながらこのような条件は回転旋回継ぎ手に取り付けら
れたプローブヘッドによる測定には当てはまらない。そ
れというのはプローブは回転旋回継ぎ手によって異なる
角度位置にもたらされるので、たわみの量がプローブヘ
ッドを例えば水平に若しくは垂直に向けてあるかどうか
によって変化する。プローブヘッドを垂直に向けた場合
には、たわみの量は実質的に零である。プローブヘッド
を水平に向けた場合には、たわみの量は180μmまで
増大する。
は測定の前に、新たに装着されたプローブヘッドをキャ
リブレーションされ、この場合に目下のプローブ座標、
すなわちプローブヘッドのプローブ球の位置が測定過程
の空間内で必要なすべての角度位置で規定されかつ記憶
される。この場合、プローブ位置への重量の影響、すな
わちプローブヘッド若しくは延長シャフトの自重に基づ
くたわみの影響が自動的に一緒に把握される。しかしな
がらこのようなキャリブレーションは著しく時間を必要
とし、かつ煩雑である。それというのは回転旋回継ぎ手
の各角度位置でプローブヘッドの位置がキャリブレーシ
ョン球の複数回の接触及び続く球適合によって新たに規
定されにばならないからである。
装着された傾斜計を用いて座標測定装置の測定アームの
位置の直線からのずれ、すなわち測定アームのたわみを
把握し、かつ傾斜計によって得られた測定値でプローブ
ヘッド若しくはプローブ球の実際・位置を修正すること
は公知である。しかしながらこの方法は当該の構成部分
の角度位置が回転旋回継ぎ手によって変えられる場合に
は利用できない。
プローブヘッドのプローブピンの曲がりを修正すること
は公知であり、この場合走査過程の速度に特有の修正値
及び、材料組み合わせを表す修正値が一緒に考慮される
ようになっている。しかしながらこの方法もプローブヘ
ッドの調節された各角度位置での異なる強いたわみに基
づくプローブ球の位置のずれを修正するためには適して
いない。
測定装置に回転旋回継ぎ手を介して取り付けられたプロ
ーブヘッドの実際・位置を修正する方法を提供し、この
方法がプローブヘッドの自重によるたわみに基づく変位
をできるだけ迅速かつ簡単に各角度位置でのキャリブレ
ーション過程なしに修正できるようにするすることであ
る。
に本発明の方法では、−回転旋回継ぎ手の、若しくは回
転旋回継ぎ手にプローブヘッドを結合する延長シャフト
の剛性を表す値を規定して、記憶し、回転旋回継ぎ手の
測定過程のための設定された角度位置及び、剛性を表す
値から回転旋回継ぎ手若しくは延長シャフトの重力に基
づく目下のたわみを表す修正値を算出して、座標測定装
置から供給されたプローブヘッドのための位置測定値を
修正値によって修正するようになっている。
一の角度位置でキャリブレーションされ、かつ残りのす
べての角度位置での自重に基づくたわみが算出される。
従って本発明の方法は任意の角度位置に連続的に調節さ
れる測定可能な回転旋回継ぎ手と関連して申し分なく用
いられる。切り替え可能な回転旋回継ぎ手においては本
発明の方法により測定時間が著しく短縮される。それと
いうのは通常720°にわたって規定された角度位置で
の回転旋回継ぎ手の時間のかかる前述のキャリブレーシ
ョンが省略されるからである。
ブヘッドから成る装置全体のたわみ特性及び、装置全体
の剛性を表す値を算出若しくは規定して、次いで座標測
定に際し測定値の修正に関与させると最も正確な結果が
得られる。多くの場合、特にプローブヘッド及び回転旋
回継ぎ手のような構成部分自体が十分に剛性的である場
合には、延長シャフトのたわみ特性だけを考慮するとよ
い。
できる。剛性テンソルをプローブヘッド延長シャフト及
び場合によっては回転旋回継ぎ手の材料データ及び幾何
学的な寸法から定形材料の方式に基づき算出することも
可能である。検査装置を用いて値を規定することも可能
であり、この場合回転旋回継ぎ手がプローブヘッドと一
緒に負荷され、変形量が測定される。
自体を用いて規定することもできる。このためにプロー
ブヘッド若しくはプローブ球の位置を異なる2つの角度
位置で、例えば垂直及び水平の方向で測定する必要があ
る。
旋回継ぎ手2が装着されている。回転旋回継ぎ手2は各
軸A,Bを中心として任意の角度α,βで回転可能な2
つの構成部分3,4から成っている。
定された角度位置を連続的に測定するためのエンコーダ
を有している。回転旋回継ぎ手の構造はドイツ連邦共和
国特許出願公開第3740070号公報に記載されてい
る。
部分4に延長シャフト5を介して座標測定装置のプロー
ブヘッド6が装着されている。プローブヘッド6のプロ
ーブピンのプローブ球7が本来の走査部材であり、この
走査部材の位置が測定装置の座標機構内に高精度で把握
されたい。
の記載の数式並びに図面に用いてあってかつJISによ
って定めてない記号は明細書の文章による記載において
は次の表1にしめす代替文字を用いて説明する:
3,4若しくは軸支承部並びに延長シャフト5及びプロ
ーブヘッド6が、図1に誇張して示してあるように理想
的に延びる破線で示した延長方向に対して変形する。プ
ローブ球のたわみbは回転旋回継ぎ手2自体の曲がりの
曲がり分b2及び延長シャフト5の曲がりの曲がり分b
1から成っている。このようなたわみbが測定に際して
考慮されない場合には、角度位置の誤差及び軸A,Bを
中心とした方向の誤差が生じる。回転旋回継ぎ手が第1
図に示す位置でキャリブレーションされ、次いで軸線A
を中心として角度α=180°回転させられと、プロー
ブ球の実際の位置は、図2に実線で示すように、キャリ
ブレーションデータに基づいて算出された位置(短い破
線)から重力軸(ベクトルS)の方向へ所定の値2bだ
けそれる。プローブヘッド6の相応に三次元的に傾斜し
た方向においては、たわみのための別の小さな値が得ら
れ、それというのはこの場合有効なレバー長さが短くな
るからである。
ョンを行うために、座標測定装置の座標機構内でプロー
ブ球7の描く運動の数学的なモデルにおいて、重力に基
づくたわみが一緒に考慮される。数学的なもとのモデル
は次のような数式である。
ることを除いて、前記ドイツ連邦共和国特許出願公開第
3740070号公報に記載の数式Iに相応している。
この場合符号の説明は次の通りである: (ベクトルX)M :座標測定装置のスケールの三次元
の測定値 (α,β) :回転旋回継ぎ手の二次元の(角度
−)測定値 (ベクトルP)s :プローブヘッドに配属された座標
機構内のプローブ座標(Xs,Ys,Zs) D(α,β) :回転旋回継ぎ手の両方の軸を中心と
した回転運動を表すマトリックス (ベクトルV)(α,β):軸線A,Bの回転に際しプ
ローブ座標機構(xs,ys,zs)のトランスレーシ
ョン移動を表すベクトル ベクトル(ベクトルP)は三次元の測定点、すなわち座
標測定装置の座標機構内でのプローブ球7の中心点の位
置を表している。この測定点(ベクトルP)は座標測定
装置のコンピューターによって処理される。
β)に関連したプローブ座標(ベクトルP)sのプロー
ブヘッドのたわみを表す1つの項(ベクトルB)(α,
β)だけ展開できる:
公知の値(ベクトルP)s及び(ベクトルB)(α,
β)の他に、第1図には座標測定装置の座標機構(x
M,yM,zM)、プローブヘッドの座標機構(xs,
ys,zs)及び重力ベクトル(ベクトルS)も記入さ
れている。プローブヘッドのための曲げテンソル、回転
旋回継ぎ手の角度位置(α,β)のための延長量、及び
重力ベクトル(ベクトルS)が分かっている場合には、
任意の各角度位置のためのたわみ(ベクトルB)(α,
β)が算出される。曲げテンソルをT(α,β)として
表す場合、(ベクトルB)(α,β)のために次の数式
が得られる:
位置のための変換マトリックスD(α,β)を用いて簡
単に算出される。相応の説明が、文献“Tensorr
echnungfuer Ingenieure ”vo
n J. Betten, Verlag Teubner, Stuttgart 1987に載っ
ている。
ル(ベクトルS)の正確な規定には著しい算出費用が必
要であるので、たわみ修正を座標測定中に行う場合には
次の簡単な条件が提案される: A. 重力ベクトル(ベクトルS)は座標機構(xM,y
M,zM)内でzMの方向を示している。
インを形成している。この直線的なプローブヘッドの方
向はプローブヘッド座標系(xs,ys,zs)内で常
にzsにある。
標は0でなく、それというのは座標機構(xs,ys,
zs)の座標起点が回転旋回継ぎ手の中心に位置してい
るからである。(ベクトルP)sからのzs−力成分は
零より常に大きく、かつプローブヘッドのアクチブなた
わみ長さのための尺度である。
ていないプローブヘッド6の各曲げ長さzsのために最
大のたわみb(zs)の量、すなわちすべての(α,
β)のための(ベクトルB)(α,β)の最大の長さは
把握されている。最大のたわみは重力ベクトル(ベクト
ルS)が第1図に示してあるようにプローブ方向zsに
垂直に位置している場合に生じる。zsの長さはプロー
ブ座標(ベクトルP)sを介して把握されている。zs
の長さは検出座標P→sを介して周知である。
力ベクトル(ベクトルS)とzsとの間の角度の正弦の
積に等しい。
(α,β)の計算のための具体的な数式が導き出され、
座標測定装置のコンピュータでプログラミングされる。
最大のたわみb(zs)は比較的に簡単に規定される。
備えた従来のすべての座標測定装置にとって満たされて
いる。座標測定装置はたわみ(ベクトルB)(α,β)
の修正の計算を簡単に可能にする。次の記号が用いられ
る:f(α,β)=角度位置(α,β)のためのたわみ
の量。f(α,β)は大きいか若しくは零に等しい。
(α,β)のたわみのベクトル。C→の長さは1に等し
い。
M,zM)・座標の角度位置内のプローブピンのための
ベクトル。(ベクトルR)(α,β)の長さは1に等し
い。
ルSとベクトルR(α,β)との間の角度)
を表すマトリックスD(α,β)の成分でありかつ条件
Aを用いると、外積ひいてはたわみが直接に回転マトリ
ックスD(α,β)の成分から算出される:
いので、数式は著しく簡単になる。
距離zsに関連した最大のたわみb(zs)は種々の方
法で求められる。
ローブ球7の中心点がまず回転旋回継ぎ手の第1図に示
す方向でキャリブレーションされ、次いで1つの検査部
材がこの方向で座標測定装置の測定空間内で測定され
る。次いで同じ検査部材が回転旋回継ぎ手を第2図に示
す方向へ回転させた状態でさらに一度測定される。両方
の測定によって異なる値が得られ、検査部材中心点の距
離は長さzsのプローブコンフィギュレーションのため
の値2bに相当する。
フィギュレーションのためにそれぞれその値b(zs)
が規定され、座標測定装置のコンピュータの記憶装置内
に導入される。次いでコンピュータが回転旋回継ぎ手の
エンコーダの角度データからたわみB(α,β)を数式
(3)に基づき算出して、位置・測定値(ベクトルP)
の形成に際し数式(2)で考慮するこいよって、回転旋
回継ぎ手の任意の各角度位置で座標測定装置の測定機構
から送られた測定値を修正する。このために役立つブロ
ック回路が図3に示してある。座標測定装置の3つのス
ケールが符号12x,12y,12zでかつ対応する発
信器が13x,13y,13zで示してあり、発信器の
信号が座標測定装置の制御装置11に供給される。さら
に制御装置11には発信器13a及び13bを接続して
あり、この発信器は回転旋回継ぎ手内の角度エンコーダ
のピッチ円12a,12bを走査する。制御装置11が
データバスを介して測定値を座標測定装置のコンピュー
タ14に供給するようになっており、座標測定装置の記
憶装置15内には例えば座標測定装置の案内の非直線性
に関する付加的な修正値のほかに、交換されるプローブ
ヘッドユニットの最大のたわみのための修正値b1から
bnも記憶されている。
における走査点の位置を算出すると、相応の値bが記憶
装置から送られ、数式(3)に基づきプローブヘッド6
の三次元の方向を表す角度値で乗じられ、次いで検査球
7のz・方向の重力に基づく変位が走査座標の算出に際
し一緒に考慮される。結果が表示ユニット16に示され
る。
な回転旋回継ぎ手を有している。修正方法は切り替え可
能な回転旋回継ぎ手と同じ形式で行われる。切り替え可
能な回転旋回継ぎ手のブロック回路が図4に示してあ
る。ここでは座標測定装置のスケールが符号112x,
112y,112zで、かつ長さ測定機構の発信器が符
号113x,113y,113zで示してある。切り替
え可能な回転旋回継ぎ手は両方の回転軸に関連してノッ
チ112a,11bを有しており、ノッチが所定の角度
位置を規定しており、角度位置に回転旋回継ぎ手が駆動
装置113a,113bによって調節される。この場合
には、回転角αの異なる15の位置及び旋回角βの異な
る48の位置、すなわち異なる全部で720の係止位置
に対応する相応の角度値(α1からα15及びβ1から
β48)があらかじめ校正プロセスで得られ、コンピュ
ータ114の記憶装置115に記憶される。同じく記憶
装置115内には、種々のプローブコンビネーションの
最大のたわみを表す修正値b1からbnも記憶されてい
る。
れの角度位置の積が所定のプローブのための修正値で求
められ、走査過程中に得られた位置測定値の修正のため
に用いられる。
度位置での概略側面図
度位置での概略側面図
置の測定機構の概略的なブロックダイアグラム
定装置の測定機構の概略的なブロックダイアグラム
延長シャフト、6 プローブヘッド、 7 プロー
ブ球、 12a,12b エンコーダ、12x,12
y,12z 直線スケール、 13a,13b エン
コーダ、 13x,13y,13z 発信器、 1
4 コンピュータ、 15記憶装置、 16 表示
ユニット
Claims (8)
- 【請求項1】 座標測定装置に回転旋回継ぎ手(2)を
介して取り付けられたプローブヘッド(6)の実際・位
置を修正する方法において、 −回転旋回継ぎ手(2)の、若しくは回転旋回継ぎ手に
プローブヘッド(6)を結合する延長部材(5)の剛性
を表す値(b)を規定して、座標測定装置のコンピュー
タ(14)に導入し、 −回転旋回継ぎ手の測定過程のための設定された角度位
置(α,β)及び、剛性を表す値(b)から回転旋回継
ぎ手若しくは延長部材(5)の重力(ベクトルS)に基
づくたわみを表す修正値(ベクトルB(α,β))を算
出し、 −座標測定装置から供給されたプローブヘッドのための
位置測定値(ベクトルP)を修正値によって修正するこ
とを特徴とする、座標測定装置の修正方法。 - 【請求項2】 座標測定装置に回転旋回継ぎ手(2)を
介して取り付けられたプローブヘッド(6)の実際・位
置を修正する方法において、 −回転旋回継ぎ手(2)の、若しくは回転旋回継ぎ手に
プローブヘッド(6)を結合する延長部材(5)の剛性
を表す値(b)を規定して、座標測定装置のコンピュー
タ(14)に導入し、 −回転旋回継ぎ手の測定過程のための設定された角度位
置(α,β)及び、剛性を表す値(b)から回転旋回継
ぎ手若しくは延長部材(5)の重力(ベクトルS)に基
づくたわみを表す修正値(ベクトルB(α,β))を算
出し、 −座標測定装置から供給されたプローブヘッドのための
位置測定値(ベクトルP)を修正値によって修正し、 前記 値(b)をあらかじめ計算によって規定することを
特徴とする、座標測定装置の修正方法。 - 【請求項3】 座標測定装置に回転旋回継ぎ手(2)を
介して取り付けられたプローブヘッド(6)の実際・位
置を修正する方法において、 −回転旋回継ぎ手(2)の、若しくは回転旋回継ぎ手に
プローブヘッド(6)を結合する延長部材(5)の剛性
を表す値(b)を規定して、座標測定装置のコンピュー
タ(14)に導入し、 −回転旋回継ぎ手の測定過程のための設定された角度位
置(α,β)及び、剛性 を表す値(b)から回転旋回継
ぎ手若しくは延長部材(5)の重力(ベクトルS)に基
づくたわみを表す修正値(ベクトルB(α,β))を算
出し、 −座標測定装置から供給されたプローブヘッドのための
位置測定値(ベクトルP)を修正値によって修正し、 前記 値(b)をキャリブレーション中に座標測定装置に
よって規定することを特徴とする、座標測定装置の修正
方法。 - 【請求項4】 座標測定装置に回転旋回継ぎ手(2)を
介して取り付けられたプローブヘッド(6)の実際・位
置を修正する方法において、 −回転旋回継ぎ手(2)の、若しくは回転旋回継ぎ手に
プローブヘッド(6)を結合する延長部材(5)の剛性
を表す値(b)を規定して、座標測定装置のコンピュー
タ(14)に導入し、 −回転旋回継ぎ手の測定過程のための設定された角度位
置(α,β)及び、剛性を表す値(b)から回転旋回継
ぎ手若しくは延長部材(5)の重力(ベクトルS)に基
づくたわみを表す修正値(ベクトルB(α,β))を算
出し、 −座標測定装置から供給されたプローブヘッドのための
位置測定値(ベクトルP)を修正値によって修正し、 前記 値(b)をセパレートの測定装置によって求めるこ
とを特徴とする、座標測定装置の修正方法。 - 【請求項5】 座標測定装置に回転旋回継ぎ手(2)を
介して取り付けられたプローブヘッド(6)の実際・位
置を修正する方法において、 −回転旋回継ぎ手(2)の、若しくは回転旋回継ぎ手に
プローブヘッド(6)を結合する延長部材(5)の剛性
を表す値(b)を規定して、座標測定装置のコンピュー
タ(14)に導入し、 −回転旋回継ぎ手の測定過程のための設定された角度位
置(α,β)及び、剛性を表す値(b)から回転旋回継
ぎ手若しくは延長部材(5)の重力(ベクトルS)に基
づくたわみを表す修正値(ベクトルB(α,β))を算
出し、 −座標測定装置から供給されたプローブヘッドのための
位置測定値(ベクトルP)を修正値によって修正し、 前記値(b)がテンソルであることを特徴とする、座標
測定装置の修正方法。 - 【請求項6】 座標測定装置に回転旋回継ぎ手(2)を
介して取り付けられたプローブヘッド(6)の実際・位
置を修正する方法において、 −回転旋回継ぎ手(2)の、若しくは回転旋回継ぎ手に
プローブヘッド(6)を結合する延長部材(5)の剛性
を表す値(b)を規定して、座標測定装置のコンピュー
タ(14)に導入し、 −回転旋回継ぎ手の測定過程のための設定された角度位
置(α,β)及び、剛性を表す値(b)から回転旋回継
ぎ手若しくは延長部材(5)の重力(ベクトルS)に基
づくたわみを表す修正値(ベクトルB(α,β))を算
出し、 −座標測定装置から供給されたプローブヘッドのための
位置測定値(ベクトルP)を修正値によって修正し、 異なる複数のプローブコンフィギュレーションの値(b
1・・・bn)を規定して、座標測定装置のコンピュー
タ(14)の記憶装置(15)内に記憶しておくことを
特徴とする、座標測定装置の修正方法。 - 【請求項7】 座標測定装置に回転旋回継ぎ手を介して
取り付けられたプローブヘッドの実際・位置を修正する
方法を実施するための座標測定装置であって、−直交す
る3つの空間方向の直線スケール(12x,12y,1
2z)及び直線スケールに所属の位置発信器(13x,
13y,13z)を備えており、 −エンコーダ(12a/13a,12b/13b)付き
の測定可能な回転旋回継ぎ手(2)を備えており、エン
コーダが回転旋回継ぎ手の角度位置(α,β)に関連し
て信号を生ぜしめるようになっており、 −延長シャフト(5)を介して回転旋回継ぎ手(2)に
取り付けられた少なくとも1つのプローブヘッド(6)
を備えており、 −コンピュータ(14)を備えており、コンピュータが
位置発信器及びエンコーダの値からプローブヘッド及び
プローブヘッドに保持されたプローブ球(7)の三次元
の位置を算出するようになっており、 −修正値を記憶する記憶装置(15)を有している形式
のものにおいて、 −修正値が回転旋回継ぎ手(2)若しくは延長シャフト
(5)の剛性を表しており、コンピュータ(14)内に
修正プログラムを設けてあり、修正プログラムがエンコ
ーダの角度位置及び修正値から回転旋回継ぎ手若しくは
延長シャフトの重力(ベクトルS)の影響下のたわみを
算出して、プローブヘッド(6)若しくはプローブ球
(7)の位置を、算出されたたわみ(ベクトルB(α,
β))だけ修正するようになっていることを特徴とする
座標測定装置。 - 【請求項8】 座標測定装置に回転旋回継ぎ手を介して
取り付けられたプローブヘッドの実際・位置を修正する
方法を実施するための座標測定装置であって、−直交す
る3つの空間方向の直線スケール(112x,112
y,112z)及び直線スケールに所属の位置発信器
(113x,113y,113z)を備えており、 −切り替え可能な回転旋回継ぎ手(2)を備えており、
回転旋回継ぎ手が設定された有限の数の角度値(α,
β)に調節できるようになっており、 −延長シャフト(5)を介して回転旋回継ぎ手(2)に
取り付けられた少なくとも1つのプローブヘッド(6)
を備えており、 −コンピュータ(114)を備えており、コンピュータ
が位置発信器及びエンコーダの値からプローブヘッド及
びプローブヘッドに保持されたプローブ球(7)の三次
元の位置を算出するようになっており、 −回転旋回継ぎ手の調節可能な角度値並びに修正値を記
憶する記憶装置(115)を有している形式のものにお
いて、 −修正値が回転旋回継ぎ手(2)若しくは延長シャフト
(5)の剛性を表しており、コンピュータ(14)内に
修正プログラムを設けてあり、修正プログラムが記憶さ
れた角度値(α,β)及び修正値(b)から回転旋回継
ぎ手若しくは延長シャフトの重力(ベクトルS)の影響
下のたわみを算出して、プローブヘッド(6)若しくは
プローブ球(7)の位置を、算出されたたわみ(ベクト
ルB(α,β)だけ修正するようになっていることを特
徴とする座標測定装置。
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DE4001433A DE4001433A1 (de) | 1990-01-19 | 1990-01-19 | Korrekturverfahren fuer koordinatenmessgeraete |
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