JP3210964B2 - Light wave interference stepper for ball step gauge measurement - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、三次元測定機用や
マシニングセンタなどの工作機械の測長の精度を校正ま
たは測定検査する基準器として用いられる、複数のボー
ルを設けたボールステップゲージのボールの間隔を正確
に計測するための、ボールステップゲージ測定用光波干
渉ステッパに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a ball step gauge ball provided with a plurality of balls, which is used as a reference device for calibrating or measuring and inspecting the accuracy of length measurement of a machine tool such as a coordinate measuring machine or a machining center. The present invention relates to an optical interference stepper for measuring a ball step gauge for accurately measuring the distance between the steps.

【０００２】[0002]

【従来の技術】三次元測定機は、三次元空間に存在する
離散したＸ、Ｙ、Ｚの座標点を用いて計算機の支援によ
り寸法及び形状を測定するための装置であり、より具体
的には、定盤上に載置した被測定物と、測定機において
Ｚ軸先端に取り付けたプローブを、被測定物に対して
Ｘ、Ｙ、Ｚの三次元方向へ相対移動させ、プローブが被
測定物に接触した瞬間をとらえ、この瞬間を電気的トリ
ガとして各送り軸方向の座標値を読みとり、計算機によ
り寸法及び形状を計測するものである。2. Description of the Related Art A three-dimensional measuring device is a device for measuring dimensions and shapes with the aid of a computer using discrete X, Y, and Z coordinate points existing in a three-dimensional space. Moves the object to be measured placed on the surface plate and the probe attached to the tip of the Z-axis in the measuring machine relative to the object to be measured in the three-dimensional directions of X, Y, and Z. The moment of contact with an object is captured, and the moment is used as an electrical trigger to read the coordinate values in each feed axis direction and measure the dimensions and shape by a computer.

【０００３】上記のような三次元測定機は特に高精度を
要求されることが多く、高精度の測定を保証する意味か
ら、精度検査を逐次行い、その後この三次元測定機を用
いて測定する際には、精度検査の結果を補正値として用
いて指示値を補正し、或いは調整手段により三次元測定
機の指示値の微調整を行う。この三次元測定機の精度検
査に際しては、基準となるゲージが必要であり、このゲ
ージとしては、プローブを三次元的に移動させることに
よりその検出値を評価できるようにしなければならな
い。The above three-dimensional measuring machine often requires particularly high precision, and in order to guarantee high-precision measurement, accuracy tests are sequentially performed, and thereafter, measurement is performed using the three-dimensional measuring machine. At this time, the indicated value is corrected using the result of the accuracy test as a corrected value, or the adjusting value is finely adjusted by the adjusting means. In the accuracy inspection of the three-dimensional measuring machine, a gauge serving as a reference is required, and the gauge must be capable of evaluating a detection value by moving the probe three-dimensionally.

【０００４】三次元測定機の各軸の誤差をどのように調
べるかということは多くの研究者の重大な課題であっ
た。そこで、まず三次元測定機の誤差を求める目的にあ
ったゲージの考案がなされ、基本的には球体の測定を行
ってなされるべきであることは周知の事実となってい
る。そして、球体をどのような形態で配置した測定評価
ゲージとするかが次の問題となり、球体を同一平面内に
どのように配置するのか、或いは立体的に配置するのか
など、種々検討されている。[0004] How to check the error of each axis of a coordinate measuring machine has been a serious problem for many researchers. Therefore, it is a well-known fact that a gauge was first devised for the purpose of determining the error of the three-dimensional measuring machine, and it should be basically measured by measuring a sphere. The next problem is how to form the measurement evaluation gauge in which the spheres are arranged, and various studies have been made on how to arrange the spheres in the same plane or how to arrange them three-dimensionally. .

【０００５】上記球体を用いたボールゲージとしては、
複数のボールを一直線上に並べたボールステップゲージ
が広く用いられており、例えば図９及び図１０に示すよ
うなものが知られている。図９において（ａ）は平面
図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は前記平面図の中央断面
図である。図９において、ゲージ枠体８０には図中３個
の円形の穴８１が形成され、その中心底部にボール受部
８２を形成するとともに、このボール受け部８２の周囲
に、枠体の長手方向に対向して設けたプローブ挿入溝８
３、８３と、これと直角方向に対向してプローブ挿入溝
８４，８４とを設けている。このボール受部８２には高
精度の球形のボール８５を載置しており、それによりボ
ールステップゲージ８６が構成されている。As a ball gauge using the above sphere,
Ball step gauges in which a plurality of balls are arranged in a straight line are widely used, and for example, those shown in FIGS. 9 and 10 are known. 9A is a plan view, FIG. 9B is a right side view, and FIG. 9C is a center sectional view of the plan view. In FIG. 9, three circular holes 81 are formed in the gauge frame 80 in the figure, and a ball receiving portion 82 is formed in the center bottom portion thereof. Probe insertion groove 8 provided opposite to
3 and 83, and probe insertion grooves 84 and 84 are provided opposite to each other in a direction perpendicular thereto. A high-precision spherical ball 85 is placed on the ball receiving portion 82, thereby forming a ball step gauge 86.

【０００６】例えば三次元測定機の校正にこのボールス
テップゲージ８６を使用する際には、このボールステッ
プゲージ８６を定盤上に載置固定し、最初、例えば図中
右側のボールの位置を測定するに際しては三次元測定機
のプローブを少なくともこのボール８５の外周の４カ所
に当ててボールの中心位置を計算して測定し、同様にし
て順にすべてのボールの位置を測定する。ボールの位置
から得られる各ボールの間隔は、予め高精度の三次元測
定機で値付けられており、その値と前記測定結果とを比
較して、この三次元測定機の校正を行っている。For example, when using the ball step gauge 86 for calibrating a coordinate measuring machine, the ball step gauge 86 is mounted and fixed on a surface plate, and first, for example, the position of the ball on the right side in the figure is measured. In doing so, the probe of the coordinate measuring machine is applied to at least four positions on the outer periphery of the ball 85 to calculate and measure the center position of the ball, and the positions of all the balls are measured in the same manner. The interval between each ball obtained from the position of the ball is previously valued by a high-precision CMM, and the value is compared with the measurement result to calibrate the CMM. .

【０００７】また、図１０（ａ）に示す従来の他のボー
ルステップゲージにおいては、基枠体９1の上に図中３
個のボール９２を固定した支柱９３を固定している。支
柱９３の一部は薄く剃ぎ落とされていて板ばね的効果を
発揮するように構成され、それにより先端に支持したボ
ール９２が左右に移動できるようにしている。中央のボ
ールと左右のボールとの間には連結管９４が配置され、
その連結管９４の両端部分はボール９２の外径形状及び
寸法に合致し、密着するように形成している。左右のボ
ールの両側には加圧管９５が配置され、外側からは基枠
体９１に立設した支持枠体９６に螺合するねじ９７によ
り押圧され、連結管９４のもっている有効的長さに従っ
てボール間隔を決定することがきるようになっている。In another conventional ball step gauge shown in FIG. 10 (a), three ball step gauges in FIG.
A column 93 to which the balls 92 are fixed is fixed. A portion of the support 93 is thinly shaved off and configured to exhibit a leaf spring effect, so that the ball 92 supported at the tip can move left and right. A connecting pipe 94 is arranged between the center ball and the left and right balls,
Both end portions of the connection pipe 94 are formed so as to conform to the outer diameter shape and dimensions of the ball 92 and to be in close contact therewith. Pressing tubes 95 are arranged on both sides of the left and right balls, and are pressed from the outside by screws 97 screwed into a supporting frame 96 erected on the base frame 91, according to the effective length of the connecting tube 94. The distance between the balls can be determined.

【０００８】図１０（ｂ）は上記（ａ）部分平面図であ
り、この図に示されるように、連結管９４及び加圧管９
５がボールと当接する部分にプローブ挿入溝９８が形成
され、前記図８に示すボールステップゲージ８６のプロ
ーブ挿入溝８３と同様の機能をなす。この図１０に示す
ボールステップゲージ９９の各ボール９２の間隔も高精
度の三次元測定機によって値付けられており、このボー
ルステップゲージ９９の使用に際しては、前記図９に示
すものと同様に使用する。FIG. 10 (b) is a partial plan view of the above (a). As shown in FIG.
A probe insertion groove 98 is formed in a portion where the 5 comes into contact with the ball, and has the same function as the probe insertion groove 83 of the ball step gauge 86 shown in FIG. The distance between the balls 92 of the ball step gauge 99 shown in FIG. 10 is also valued by a high-precision three-dimensional measuring machine. When this ball step gauge 99 is used, it is used in the same manner as that shown in FIG. I do.

【０００９】図９及び図１０に示すボールステップゲー
ジにおいては、各ボール間隔は高精度の三次元測定機に
より測定され、その精度はある程度高いものの、熱的外
乱により、枠体の上下温度差や左右温度差を生じたとき
には、その温度差による熱膨張によって枠体のバイメタ
ル的効果を生じ、曲がりが発生し、このボールステップ
ゲージの精度が低下する問題点があった。In the ball step gauges shown in FIGS. 9 and 10, the distance between the balls is measured by a high-precision three-dimensional measuring machine. When a temperature difference between the right and left sides is generated, there is a problem that a thermal expansion due to the temperature difference causes a bimetal effect of the frame body, which causes a bend, thereby lowering the accuracy of the ball step gauge.

【００１０】その対策として、本発明者らは図８に示す
ようなボールステップゲージを開発し、特許出願を行っ
ている。同図にて（ａ）は平面図、（ｂ）は右側面図、
（ｃ）は斜視図である。ゲージ枠体１は左右の垂直枠
２，３と、両垂直枠の中間部を連結する水平枠４とから
なり、図（ｂ）及び図（ｃ）に示すように断面がＨ型を
なしている。As a countermeasure, the present inventors have developed a ball step gauge as shown in FIG. 8 and have applied for a patent. In the figure, (a) is a plan view, (b) is a right side view,
(C) is a perspective view. The gauge frame 1 is composed of left and right vertical frames 2 and 3 and a horizontal frame 4 connecting an intermediate portion between the two vertical frames, and has a H-shaped cross section as shown in FIGS. I have.

【００１１】図８において、ゲージ枠体１の水平枠４の
中心には、その軸線方向に沿って所定間隔毎にボール５
を挿入する穴６が加工されており、ボール５はその穴６
に圧入されてゲージ枠体１と一体になっている。ボール
５はその中心が、上下方向も左右方向も共に、H型断面
をなすゲージ枠体１の断面二次モーメントの中立軸とな
る軸線Ｌに合致するように、ゲージ枠体１に圧入されて
固定されている。In FIG. 8, a ball 5 is provided at the center of the horizontal frame 4 of the gauge frame 1 at predetermined intervals along the axial direction thereof.
A hole 6 into which the ball 5 is inserted is machined.
And is integrated with the gauge frame 1. The ball 5 is press-fitted into the gauge frame 1 so that the center thereof coincides with the axis L, which is the neutral axis of the secondary moment of area of the gauge frame 1 having an H-shaped cross section in both the vertical and horizontal directions. Fixed.

【００１２】ゲージ枠体１の穴６には、図中４個の溝７
が、ボール５の周囲に設けられている。この溝７は三次
元測定機等を使用して、このボールステップゲージ１０
のボール間隔を測定する際に、三次元測定機のプローブ
をボール５に接触するために必要な移動空間である。In the hole 6 of the gauge frame 1, four grooves 7
Are provided around the ball 5. The groove 7 is formed in the ball step gauge 10 by using a coordinate measuring machine or the like.
Is a moving space necessary for bringing the probe of the coordinate measuring machine into contact with the ball 5 when measuring the ball interval.

【００１３】図８（ａ）において、軸線Ｌは上記のよう
にゲージ枠体１の断面二次モーメントの中立軸であり、
この軸線Ｌ上に全てのボール２の中心が位置し、したが
って上記軸線Ｌはボール５の配列中心線ともなってい
る。In FIG. 8A, the axis L is the neutral axis of the second moment of area of the gauge frame 1 as described above.
The centers of all the balls 2 are located on this axis L, so that the axis L is also the center line of the arrangement of the balls 5.

【００１４】ゲージ枠体１において、上記軸線Ｌに平行
であり、その使用状態において左右の垂直枠２，３の上
側の面となる上下方向端面１１，１２、及び水平枠４の
上下の壁面１３は、後述するボールステップゲージ測定
用光波干渉ステッパのローリング防止面として機能する
面である。このローリング防止面はどの1面を採用して
もよく、H型の断面寸法と前記干渉ステッパの形状、寸
法等、あるいは設計構造上の観点から、適当な1面を選
択すればよい。In the gauge frame 1, upper and lower end surfaces 11, 12 which are parallel to the axis L and which are upper surfaces of the left and right vertical frames 2, 3 in use, and upper and lower wall surfaces 13 of the horizontal frame 4. Is a surface that functions as a rolling prevention surface of a light wave interference stepper for ball step gauge measurement described later. Any one of the anti-rolling surfaces may be employed, and an appropriate one may be selected from the viewpoint of the cross-sectional dimension of the H-shape and the shape and size of the interference stepper or the design structure.

【００１５】上記のような構造のボールステップゲージ
１０は、全てのボール５の中心がゲージ枠体１の断面二
次モーメントの中立線上に存在するので、熱的外乱によ
り、枠体の上下温度差や左右温度差が原因で発生する熱
膨張による枠体のバイメタル的効果により曲がりが発生
しても、ボール間隔の寸法変化が発生しにくくなる。ま
た、ボールステップゲージ１０の枠体は弾性支持ばりで
あるので、静的加重によってはりとしての弾性変形が発
生するが、この変形が発生しても、ボール間隔の変化は
微小なものとすることができる。したがって、極めて正
確なボールステップゲージとすることができ、このボー
ルステップゲージを用いた三次元測定機の校正を正確に
行うことができる。In the ball step gauge 10 having the above-described structure, since the centers of all the balls 5 are on the neutral line of the moment of inertia of area of the gauge frame 1, the vertical temperature difference of the frame is caused by thermal disturbance. Even if bending occurs due to the bimetallic effect of the frame due to thermal expansion caused by the temperature difference between the right and left sides, it is difficult for the dimensional change of the ball interval to occur. Further, since the frame of the ball step gauge 10 is an elastic supporting beam, an elastic deformation as a beam is generated by the static load. However, even if this deformation occurs, the change in the ball interval should be small. Can be. Therefore, an extremely accurate ball step gauge can be obtained, and the calibration of the coordinate measuring machine using the ball step gauge can be performed accurately.

【００１６】[0016]

【発明が解決しようとする課題】上記のようなボールス
テップゲージを製造した後には、ボールの位置を特定す
る作業が必要となるが、従来は、できる限り高精度の三
次元測定機を用い、ボールの位置を計測することによっ
て行っていた。しかしながら、いかに高精度の三次元測
定機を用いても、それによって得られる精度はその三次
元測定機自身がもつ精度の範囲内のものであり、このボ
ールステップゲージで校正される三次元測定機は、前記
三次元測定機より下位の精度の三次元測定機の校正のた
めの基準器としてのみ有効である。After manufacturing the ball step gauge as described above, it is necessary to specify the position of the ball. Conventionally, however, using a three-dimensional measuring machine with the highest possible accuracy, This was done by measuring the position of the ball. However, no matter how high-precision CMM is used, the accuracy obtained by it is within the accuracy of the CMM itself, and the CMM calibrated with this ball step gauge Is effective only as a reference device for calibrating a CMM having a lower precision than the CMM.

【００１７】一般的に測定機器を校正するための基準器
の精度は、被校正機器の精度の１／５から１／１０くら
いの精度で校正されていることが望ましい。近年、三次
元測定機の精度の向上は目覚ましく５００mm 測長で１
μm以下のものも出現している。しかし、この1μmの１
／５の０．２μmの精度の三次元測定機は実在しない。
１μm精度の基準器で１μm精度の三次元測定機を校正し
たのでは長さのトレーサビリテイに関して矛盾を生じる
こととなる。In general, it is desirable that the accuracy of a reference device for calibrating a measuring device be calibrated with an accuracy of about 1/5 to 1/10 of the accuracy of the device to be calibrated. In recent years, the accuracy of CMM has been remarkably improved by 500mm
Some of them are smaller than μm. However, this 1μm 1
There is no actual coordinate measuring machine with an accuracy of 0.2 / 5 μm.
Calibration of a 1 μm-accurate three-dimensional measuring machine with a 1 μm-accuracy standard will cause inconsistency in length traceability.

【００１８】したがって本発明の目的は、ボールステッ
プゲージの寸法を、長さ標準としての光の波長を直接使
用する光波干渉測定手段を用い、またその測定中にアッ
ベの原理に順守し、正確且つ迅速に校正を行うことがで
きるようにしたボールステップゲージ用光波干渉ステッ
パを提供することを目的とする。Therefore, it is an object of the present invention to use a light wave interference measuring means which directly uses the wavelength of light as a length standard, and to observe the Abbe's principle during the measurement, to obtain an accurate and accurate ball step gauge. It is an object of the present invention to provide a light wave interference stepper for a ball step gauge which can perform calibration quickly.

【００１９】[0019]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、ボールステップゲージの第１のボールに３
球球面座で三点接触する第１接触部と、第２のボールに
Ｖ面で２点接触する第２接触部と、ローリング防止面に
１点で接触する第３接触部と、３球球面座の中心軸断面
上に反射面を一致させた左右２個の反射部材とを備えた
ことを特徴とするボールステップゲージ測定用光波干渉
ステッパとしたものである。SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a method in which a first ball of a ball step gauge is provided with three balls.
A first contact portion that makes three-point contact at the spherical spherical seat, a second contact portion that makes two-point contact with the second ball at the V-plane, a third contact portion that makes one-point contact with the anti-rolling surface, and a three-sphere spherical surface A light wave interference stepper for measuring a ball step gauge, comprising: two right and left reflecting members whose reflecting surfaces are aligned with each other on a central axis cross section of the seat.

【００２０】また、前記第３接触部として調整ねじを用
いたものであり、また、前記左右２個の反射部材の位置
及び傾斜を調節する支持調節装置を備えたものであり、
また、光波干渉ステッパの上板に軸を遊嵌し上方に突出
したものである。[0020] Further, an adjusting screw is used as the third contact portion, and a support adjusting device for adjusting the position and inclination of the two right and left reflecting members is provided.
The shaft is loosely fitted to the upper plate of the light wave interference stepper and protrudes upward.

【００２１】[0021]

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に基づいて
説明する。図１は本発明の光波干渉ステッパ２０の正面
図であり、図中には前記したボールステップゲージ１０
のボール５、５’を２点鎖線で書き加えている。図３は
その底面図である。図４はステッパの右側面図であり、
図５は左側面図であって、同様にボールステップゲージ
１０のH型枠体及びボール５，５’を２点鎖線で図示し
ている。図６は前記光波干渉ステッパ２０に用いられる
反射光学系の支持装置を示し、図７は前記光波干渉ステ
ッパ２０に用いられる軸の拡大側面図である。Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view of a light wave interference stepper 20 according to the present invention.
Balls 5 and 5 'are added by two-dot chain lines. FIG. 3 is a bottom view. FIG. 4 is a right side view of the stepper,
FIG. 5 is a left side view, and similarly shows the H-shaped frame of the ball step gauge 10 and the balls 5, 5 'by two-dot chain lines. FIG. 6 shows a supporting device for a reflection optical system used in the light wave interference stepper 20, and FIG. 7 is an enlarged side view of a shaft used in the light wave interference stepper 20.

【００２２】図１〜図４に示すように、光波干渉ステッ
パ２０は、上板２１に第１スペーサ２２が固定されてお
り、この第１スペーサ２２の下面に鋼球またはセラミッ
ク球等の球体２３が３個、同心円上に互いに１２０度の
角度間隔で固定されている。このような３個の球体２３
で構成され、ボール５や５’に係合する座面は３球球面
座と呼ばれ、ボール５に対して安定した支持を行うこと
ができる。As shown in FIGS. 1 to 4, the light wave interference stepper 20 has a first spacer 22 fixed to an upper plate 21, and a spherical member 23 such as a steel ball or a ceramic ball on the lower surface of the first spacer 22. Are fixed on a concentric circle at an angular interval of 120 degrees from each other. Three such spheres 23
The seating surface which engages with the ball 5 or 5 ′ is called a three-sphere spherical seat, and can stably support the ball 5.

【００２３】光波干渉ステッパ２０の上板２１には第１
スペーサ２２とは別の第２スペーサ２４が固定されてお
り、この第２スペーサ２４の下部には円筒欠円穴が、相
互に、その穴の軸線が平行で、且つ、前記したボール配
列中心線となる軸線Ｌと平行な方向に２個形成されてい
る。この欠円穴に円筒棒２５が２個圧入されている。こ
の円筒棒２５には転がり軸受用の円筒ころを採用するこ
とが望ましい。この円筒棒２５は円筒穴の欠円部から突
出して、前記したボール５’に1点づつ合計２点で接触
する。The upper plate 21 of the light wave interference stepper 20 has a first
A second spacer 24 different from the spacer 22 is fixed. A cylindrical hole is formed below the second spacer 24, the axes of the holes are parallel to each other, and the above-mentioned ball arrangement center line is provided. Are formed in a direction parallel to the axis L to be formed. Two cylindrical rods 25 are press-fitted into the missing hole. It is desirable to use a cylindrical roller for a rolling bearing as the cylindrical rod 25. The cylindrical rod 25 protrudes from the missing portion of the cylindrical hole and comes into contact with the ball 5 'at two points one by one.

【００２４】この部分の構成としては、上記のように、
円筒棒２５を平行配列する以外に、平面をＶ字型に直交
配列したり、またはスペーサ２４の下部をＶ字状の交差
平面に成形しても、ボール５や５’に対して２点で接地
するように構成すると、上記効果と同様の効果を達成で
きる。しかしながら、円筒棒２５を前記したように転が
り軸受用円筒ころで構成するほうが、ボール球面との摩
擦力を少なくできる点で優れている。The configuration of this part is as described above.
In addition to arranging the cylindrical rods 25 in parallel, even if the planes are orthogonally arranged in a V-shape or the lower part of the spacer 24 is formed into a V-shaped cross plane, the ball 5 or 5 ′ is formed at two points When configured to be grounded, effects similar to the above effects can be achieved. However, when the cylindrical rod 25 is formed of the cylindrical roller for a rolling bearing as described above, it is more advantageous in that the frictional force with the ball spherical surface can be reduced.

【００２５】上記光波干渉ステッパ２０は、ボールステ
ップゲージ１０の隣接する２個のボール５，５’上に馬
乗り的にまたがり設置される。公知の通り、剛体の空間
における位置と姿勢の自由度は合計６自由度であるか
ら、ボールステップゲージ１０に対して、ステッパ２０
を完全に拘束するためには、３球球面で３点拘束し、ボ
ール５’に対して円筒棒２５で２点拘束しているのでこ
こまで５点拘束が成立している。最後の６点目の拘束
は、ボールステップゲージ１０のローリングを防止する
目的で、図示実施例では前記ボールステップゲージ１０
のローリング防止面としての垂直枠の端面に対して、上
板２１から下方に突出した小球２６を突き当て行う。小
球２６は調整ねじ２７の下端に固定されており、調整ね
じ２７は上板２１に螺合されて、上下方向に調整された
後、上板２１に対してナット２８によりロックされる。
なお、前記のように、このローリング防止面としては、
上記垂直枠の端面以外に、例えば水平枠の上面等を用い
ることもできる。The light wave interference stepper 20 is mounted on two adjacent balls 5 and 5 ′ of the ball step gauge 10 in a riding manner. As is well known, since the degree of freedom of the position and posture in the rigid body space is a total of six degrees of freedom, the ball step gauge 10 is
Is completely constrained by three spherical surfaces and three points are constrained to the ball 5 'by the cylindrical bar 25, so that the five-point constrain is established so far. The last constraint of the sixth point is to prevent the ball step gauge 10 from rolling.
A small ball 26 projecting downward from the upper plate 21 is abutted against the end face of the vertical frame as the anti-rolling surface. The small ball 26 is fixed to the lower end of the adjusting screw 27. The adjusting screw 27 is screwed to the upper plate 21, adjusted in the vertical direction, and then locked to the upper plate 21 by the nut 28.
In addition, as described above, as the anti-rolling surface,
For example, an upper surface of a horizontal frame or the like may be used other than the end surface of the vertical frame.

【００２６】以上のように光波干渉ステッパ２０を構成
することにより、２個のボール５，５’上にこの光波干
渉ステッパ２０を馬乗り状に載置するのみで、剛体の空
間の６自由度を完全に拘束することができ、容易に、且
つ正確に三次元測定機の校正を行うことができる。By configuring the light wave interference stepper 20 as described above, the light wave interference stepper 20 is mounted on the two balls 5 and 5 'in a horse-riding manner, and the rigid body space has six degrees of freedom. The CMM can be completely restrained, and the CMM can be calibrated easily and accurately.

【００２７】上記光波干渉ステッパ２０の上板２１の両
側にはミラー支持腕３０が突出しており、各ミラー支持
腕３０には、図５に詳細に示すようにミラーホルダ３１
が位置決めされ固定されている。図５において、（ａ）
は実施例の正面図の断面図であり、（ｂ）は左側面図、
（ｃ）は右側面図、（ｄ）はＶ溝と小球の接触状態を示
す部分平面図である。Mirror support arms 30 project from both sides of the upper plate 21 of the light wave interference stepper 20, and each mirror support arm 30 has a mirror holder 31 as shown in detail in FIG.
Are positioned and fixed. In FIG. 5, (a)
FIG. 3 is a cross-sectional view of a front view of the embodiment, (b) is a left side view,
(C) is a right side view, and (d) is a partial plan view showing a contact state between a V-groove and a small ball.

【００２８】図５に示すように、反射鏡３２はミラーホ
ルダ３１に固定されている。ミラーホルダ３１にはばね
掛棒３３が固定されており、このばね掛棒３３に引張ば
ね３４のフックが掛けられている。また、ミラー支持腕
３０の背面に固定したばね掛アーム３５のばね止め３９
に、前記引張ばね３４の他端のフックが掛けられてお
り、ミラーホルダ３２を放射状に配置した下記のＶ溝３
６の放射中心に合致した位置で、図５（ａ）中において
左方向に引張っている。As shown in FIG. 5, the reflecting mirror 32 is fixed to the mirror holder 31. A spring hook 33 is fixed to the mirror holder 31, and a hook of a tension spring 34 is hooked on the spring hook 33. Also, a spring stopper 39 of a spring hook arm 35 fixed to the back of the mirror support arm 30.
A hook at the other end of the tension spring 34 is hooked on the V-groove 3 in which the mirror holder 32 is radially arranged.
At the position coinciding with the radiation center of No. 6, it is pulled to the left in FIG.

【００２９】ミラーホルダ３１の反射鏡３２の取付面の
反対側の面には、図５（ｃ）に破線で示すように、Ｖ溝
３６が３本、放射状に１２０度の角配列で成形されてい
る。このＶ溝に小球３７が、１個づつ合計３個落ち込む
ように形成しており、前記引張ばねの張力により、Ｖ溝
３６と確実に接地している。各小球３７はＶ溝３６に２
点で接触しており、小球は３個あるので、この３個の合
計により、ミラーホルダ３１をミラー支持腕３０に対し
て６点拘束を実施している。小球３７はそれぞれの調整
ねじ３８の先端に固定され、調整ねじ３８はミラー支持
腕３０に螺合している。On the surface of the mirror holder 31 opposite to the mounting surface of the reflecting mirror 32, as shown by broken lines in FIG. 5C, three V-grooves 36 are formed radially in an angular arrangement of 120 degrees. ing. Three small balls 37 are formed in the V-groove so as to be dropped one by one, and the ground is securely grounded to the V-groove 36 by the tension of the tension spring. Each small ball 37 is 2 in the V groove 36
Since there are three small balls in contact at a point, the mirror holder 31 is restricted to the mirror supporting arm 30 at six points by the sum of the three small balls. The small ball 37 is fixed to the tip of each adjustment screw 38, and the adjustment screw 38 is screwed to the mirror support arm 30.

【００３０】以上のように反射光学系の支持調整装置を
構成したので、３本の調整ねじ３８を適宜ねじり、調整
することにより、図３に示す光波干渉ステッパ２０の３
球球面座の中心線A−Aに対して、反射鏡３２の反射面を
完全に合致させることができ、且つ後述する干渉光紬に
対して反射面を垂直にする姿勢に容易に調整することが
できる。なお、上記反射鏡の代わりに、光学用反射部材
として通常用いられているキューブコーナ等、各種の反
射部材を用いることができる。Since the supporting and adjusting device for the reflection optical system is configured as described above, the three adjusting screws 38 are appropriately twisted and adjusted to thereby adjust the light wave interference stepper 20 shown in FIG.
The reflecting surface of the reflecting mirror 32 can be perfectly matched with the center line AA of the spherical spherical seat, and easily adjusted to a posture in which the reflecting surface is perpendicular to the interference light described later. Can be. Note that, instead of the above-mentioned reflecting mirror, various reflecting members such as a cube corner usually used as an optical reflecting member can be used.

【００３１】上記のような光波干渉ステッパ２０を用
い、前記ボールステップゲージ１０のボールの間隔を測
定するに際しては、図８の光学系原理図に示すように、
投光受光器４１、第１ハーフミラー４２、第２ハーフミ
ラー４３、第１反射プリズム４４、第２反射プリズム４
５を用いた公知の光干渉計測装置４０を用いる。この光
干渉計測装置４０により、第１ハーフミラー４２と第２
ハーフミラー４３からの光を、前記光波干渉ステッパ２
０の両側に位置する反射鏡３２、３２’に対して投光
し、その反射光を受け、両反射鏡３２，３２’の位置、
即ちボール５の中心位置を正確に測定する。When measuring the distance between the balls of the ball step gauge 10 using the light wave interference stepper 20 as described above, as shown in the principle diagram of the optical system in FIG.
Projector 41, first half mirror 42, second half mirror 43, first reflecting prism 44, second reflecting prism 4
5 is used. The first half mirror 42 and the second half mirror 42 are
The light from the half mirror 43 is transmitted to the lightwave interference stepper 2.
The light is projected onto the reflecting mirrors 32 and 32 'located on both sides of the mirror 0, and the reflected light is received.
That is, the center position of the ball 5 is accurately measured.

【００３２】ボールステップゲージ１０の第１番目のボ
ール５と第２番目のボール５’とで位置決めされて決定
される反射鏡３２，３２’の反射面の位置を測定原点の
零点とし、次に第２番目と第３番目のボールの位置に光
波干渉ステッパ２０を移動させ、図８中２点鎖線で示さ
れるように、前記と同様に位置測定を行う。この移動測
定を順次繰り返して、ボールステップゲージの各ボール
の位置を測定し、それによりボール間隔を測定すること
ができる。なお、最後の１組のボール間隔は、ボールス
テップゲージを反転して、前記と同様な干渉測定を実施
することによって測定を行うことができる。それによ
り、光の波長を直接測定標準として用い、全ボール間隔
を測定することができ、従来の三次元測定機を用いてボ
ール間隔を測定するものと比較して正確な測定を行うこ
とができ、極めて正確なボールステップゲージとするこ
とができる。The positions of the reflecting surfaces of the reflecting mirrors 32, 32 'determined by being positioned by the first ball 5 and the second ball 5' of the ball step gauge 10 are defined as the zero point of the measurement origin, and The light wave interference stepper 20 is moved to the positions of the second and third balls, and the position is measured in the same manner as described above, as indicated by the two-dot chain line in FIG. This movement measurement is sequentially repeated to measure the position of each ball of the ball step gauge, thereby measuring the ball interval. The last set of ball intervals can be measured by reversing the ball step gauge and performing the same interference measurement as described above. This makes it possible to measure the distance between all balls using the wavelength of light directly as a measurement standard, and to perform a more accurate measurement than when measuring the distance between balls using a conventional CMM. A very accurate ball step gauge can be obtained.

【００３３】更に必要ならば、ボールステップゲージ１
０を前後逆転させて状態で、前記と同様な干渉測定を順
に実施することにより、各ボール間隔を前後逆方向から
２回計測し、２つの計測値の平均をとる等によって、よ
り正確な測定を行うこともでき、更に精密なボールステ
ップゲージとすることができる。If necessary, use a ball step gauge 1
By performing the same interference measurement in the same manner as described above in the state where 0 is turned back and forth, each ball interval is measured twice from the front and back reverse directions, and an average of the two measured values is taken to obtain a more accurate measurement. And a more precise ball step gauge can be obtained.

【００３４】ボール５と光波干渉ステッパ２０の３球球
面座は、水平移動させる際に両者の位置の干渉を開放す
るため、光波干渉ステッパ２０を持ち上げるようにし
て、次のボール位置に移動する。この上下方向移動には
三次元測定機のＺ軸機能を使用して、軸５０をZ軸にチ
ャッキングして行うことができる。水平移動は同様に三
次元測定機のX軸機能を使用して、光波干渉ステッパ２
０を直接移動させることができる。また、テーブル移動
形三次元測定機を用いる場合は、そのX軸機能でボール
ステップゲージ１０そのものを移動して、水平移動を行
うこともできる。The three spherical spherical seats of the ball 5 and the light wave interference stepper 20 are moved to the next ball position by lifting the light wave interference stepper 20 in order to release the interference between their positions when they are moved horizontally. This vertical movement can be performed by chucking the axis 50 to the Z axis using the Z axis function of the coordinate measuring machine. Horizontal movement is also performed using the X-axis function of the CMM,
0 can be moved directly. In the case of using a table moving type three-dimensional measuring machine, the ball step gauge 10 itself can be moved by the X-axis function to perform horizontal movement.

【００３５】このような光波干渉ステッパ２０を用いる
ことにより、光波干渉ステッパが例えば図３及び図４に
おいて左右に傾斜したときでも、両反射鏡３２，３２’
は常に両ボール５，５’を通る軸線を中心に傾斜するた
め、アッベの原理が順守され、常に正確な計測を行うこ
とができる。また、このような光波干渉ステッパは、前
記図８に示すようなボールステップゲージに対して適用
するのみならず、例えば図９に示すような従来のボール
ステップゲージ等、各種のボールステップゲージにも適
用することができる。By using such a light wave interference stepper 20, even when the light wave interference stepper is inclined left and right in FIGS. 3 and 4, for example, the two reflecting mirrors 32 and 32 'are used.
Is always tilted about the axis passing through both balls 5, 5 ', so that Abbe's principle is adhered to and accurate measurement can always be performed. Such an optical interference stepper can be applied not only to a ball step gauge as shown in FIG. 8 but also to various ball step gauges such as a conventional ball step gauge as shown in FIG. Can be applied.

【００３６】図７は光波干渉ステッパ２０の上板２１
と、上記干渉測定時に光波干渉ステッパ２０を移動する
軸５０の嵌合状況を示す説明図であり、軸５０の上板２
１の穴２９とは図示するように、若干の嵌合すきま５１
を有すると共に、上板２１の下面５２と軸５０の下端に
設けたフランジ５３との間にも若干の隙間５４を有する
ことが望ましい。これは、三次元測定機のZ軸下部と軸
５０が、その上部５２で結合された場合、前記したボー
ルステップゲージ１０の６点拘束以外の付加的拘束が発
生しないための対策であり、上記のように干渉測定時に
前記穴２９に対して半径方向にも、軸５０が上板４１に
対してすきまを保持していることが必要である。なお、
上記軸５０を上板２１に完全に固定した場合には、軸５
０の上部５５が三次元測定機のZ軸端に対して、すきま
を有する支持部材を設ける等の対策が必要となる。FIG. 7 shows the upper plate 21 of the light wave interference stepper 20.
FIG. 5 is an explanatory view showing a fitting state of a shaft 50 that moves the light wave interference stepper 20 during the interference measurement.
As shown in the figure, the first hole 29 has a slight fitting clearance 51.
And a slight gap 54 between the lower surface 52 of the upper plate 21 and the flange 53 provided at the lower end of the shaft 50 is desirable. This is a measure to prevent additional restraint other than the above-described six-point restraint of the ball step gauge 10 from occurring when the lower part of the Z-axis of the coordinate measuring machine and the shaft 50 are connected at the upper part 52 thereof. As described above, it is necessary that the shaft 50 keeps a clearance with respect to the upper plate 41 also in the radial direction with respect to the hole 29 during the interference measurement. In addition,
When the shaft 50 is completely fixed to the upper plate 21, the shaft 5
It is necessary to provide a countermeasure such as providing a support member having a clearance at the upper part 55 of the coordinate measuring machine at the Z-axis end of the coordinate measuring machine.

【００３７】[0037]

【発明の効果】本発明によるボールステップゲージ用光
波干渉ステッパは、上記のように構成したので、ボール
ステップゲージの寸法を長さ標準としての光の波長を直
接使用する光波干渉測定手段を用いて正確に測定するこ
とができる。また、その測定に際してはアッベの原理を
順守し極めて正確な測定を行うことができ、更に、ボー
ルステップゲージに光波干渉ステッパを載置するのみで
容易に、且つ迅速な測定を行うことができる。Since the light wave interference stepper for a ball step gauge according to the present invention is constructed as described above, the size of the ball step gauge is measured by using a light wave interference measuring means which directly uses the wavelength of light as a length standard. It can be measured accurately. Further, in the measurement, extremely accurate measurement can be performed while observing Abbe's principle, and furthermore, the measurement can be performed easily and quickly only by placing the light wave interference stepper on the ball step gauge.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明の光波干渉ステッパの実施例を示す正面
図である。FIG. 1 is a front view showing an embodiment of a light wave interference stepper according to the present invention.

【図２】同光波干渉ステッパの平面図である。FIG. 2 is a plan view of the lightwave interference stepper.

【図３】同光波干渉ステッパの右側面図である。FIG. 3 is a right side view of the optical interference stepper.

【図４】同光波干渉ステッパの左側面図である。FIG. 4 is a left side view of the same light wave interference stepper.

【図５】同光波干渉ステッパに用いるミラーホルダ部分
を示す図であり、（ａ）はその断面図、（ｂ）は同左側
面図、（ｃ）は同右側面図、（ｄ）は同ミラーホルダー
のＶ溝と小球との接触状態を示す部分平面図である。5A and 5B are views showing a mirror holder part used for the light wave interference stepper, wherein FIG. 5A is a cross-sectional view, FIG. 5B is a left side view, FIG. 5C is a right side view, and FIG. It is a partial plan view showing a contact state between a V-groove of a holder and a small ball.

【図６】同光波干渉ステッパに設ける軸部分の拡大側面
図である。FIG. 6 is an enlarged side view of a shaft portion provided in the light wave interference stepper.

【図７】同光波干渉ステッパの使用時に適用する光干渉
計測の光学系の原理図である。FIG. 7 is a principle diagram of an optical system for optical interference measurement applied when using the optical interference stepper.

【図８】本発明の光波干渉ステッパにより測定するのに
適するボールステップゲージであり、（ａ）は平面図、
（ｂ）は側面図、（ｃ）は斜視図である。FIG. 8 is a ball step gauge suitable for measurement by the light wave interference stepper of the present invention, (a) is a plan view,
(B) is a side view, and (c) is a perspective view.

【図９】従来のボールステップゲージを示し、（ａ）は
その平面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は長手方向断面
図である。9A and 9B show a conventional ball step gauge, wherein FIG. 9A is a plan view, FIG. 9B is a right side view, and FIG. 9C is a longitudinal sectional view.

【図１０】従来の他のボールステップゲージを示し、
（ａ）はその断面図、（ｂ）はその一部平面図である。FIG. 10 shows another conventional ball step gauge.
(A) is a sectional view, and (b) is a partial plan view.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

２０ 光波干渉ステッパ ２１ 上板 ２２ 第１スペーサ ２３ 球体 ２４ 第２スペーサ ２５ 円筒棒 ２６ 小球 ２７ 調整ねじ ３０ ミラー支持腕 ３１ ミラーホルダ ３２ 反射鏡 Reference Signs List 20 light wave interference stepper 21 upper plate 22 first spacer 23 sphere 24 second spacer 25 cylindrical rod 26 small ball 27 adjusting screw 30 mirror support arm 31 mirror holder 32 reflecting mirror

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 11/00 - 11/30 G01B 21/00 - 21/32 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. ⁷ , DB name) G01B 11/00-11/30 G01B 21/00-21/32

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 ボールステップゲージの第１のボールに
３球球面座で３点接触する第１接触部と、第２のボール
にＶ面で２点接触する第２接触部と、ローリング防止面
に１点で接触する第３接触部と、３球球面座の中心軸断
面上に反射面を一致させた左右２個の反射部材とを備え
たことを特徴とするボールステップゲージ測定用光波干
渉ステッパ。1. A first contact portion that makes three-point contact with a first ball of a ball step gauge at a three-sphere spherical seat, a second contact portion that makes two-point contact with a second ball at a V-plane, and an anti-rolling surface. Characterized by comprising a third contact portion contacting the ball at one point, and two right and left reflecting members whose reflecting surfaces coincide with each other on the center axis cross section of the three spherical spherical seats. Stepper. 【請求項２】 前記第３接触部として調整ねじを用いた
請求項１記載のボールステップゲージ用光波干渉ステッ
パ。2. An optical interference stepper for a ball step gauge according to claim 1, wherein an adjusting screw is used as said third contact portion. 【請求項３】 前記左右２個の反射部材の位置及び傾斜
を調節する支持調節装置を備えた請求項１記載のボール
ステップゲージ用光波干渉ステッパ。3. The light wave interference stepper for a ball step gauge according to claim 1, further comprising a support adjusting device for adjusting a position and an inclination of the two right and left reflecting members. 【請求項４】 光波干渉ステッパの上板に軸を遊嵌し上
方に突出した請求項１記載のボールステップゲージ用光
波干渉ステッパ。4. The lightwave interference stepper for a ball step gauge according to claim 1, wherein the shaft is loosely fitted to the upper plate of the lightwave interference stepper and protrudes upward.