JP3993784B2

JP3993784B2 - Multidimensional coordinate measuring machine performance evaluation method, multidimensional coordinate measuring machine calibration gauge and calibration gauge jig

Info

Publication number: JP3993784B2
Application number: JP2002106827A
Authority: JP
Inventors: 次郎松田; 洋史澤近; 靖広樋田; 義明浜島
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2002-04-09
Filing date: 2002-04-09
Publication date: 2007-10-17
Anticipated expiration: 2022-04-09
Also published as: JP2003302202A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多次元座標測定機の性能評価方法、多次元座標測定機の校正用ゲージ、及び、校正用ゲージの治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多次元座標測定機の１つである三次元座標測定機（ＣｏｏｒｄｉｎａｔｅＭｅａｓｕｒｉｎｇＭａｃｈｉｎｅ：以下「ＣＭＭ」という。）は、三次元空間に存在する離散した点の位置を検出して、計算機の支援により座標、寸法及び形状等を測定するための計測機器である。具体的には、測定機において、例えばＺ軸コラム先端に取り付けられたプローブ（座標検出器）が、定盤（測定機テーブル）上に載置された被測定物に対してＸ，Ｙ，Ｚの三次元方向へ相対移動される。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に内蔵された基準スケールの座標値が読み取られる。座標値は計算機により演算処理され、被測定物の寸法及び形状等が計測される。
【０００３】
上記のようなＣＭＭは特に高精度を要求されることが多い。高精度の測定を保証する意味から、精度検査を逐次行う。その後、このＣＭＭ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測定値を校正し、或いは調整手段によりＣＭＭの微調整を行っている。このＣＭＭ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査値を評価できるようにしなければならない。
【０００４】
ＣＭＭ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ＣＭＭ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課題となり、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。
【０００５】
このようなＣＭＭ用の校正用ゲージとしては、例えば、実開平１−６４００４号公報に記載されている。この校正用ゲージは、扁平直方体形状のブロック本体の上面に、そのブロック本体の一端面方向に沿って略立方体形状の多数の指示精度検査用凸部を一定ピッチ間隔で配列するとともに、所定位置に略半球形状の繰り返し精度検査用凸部を一体的に設けたものである。これを用いて精度検査する際には、ＣＭＭのテーブル上にブロック本体をセットした後、プローブを例えば指示精度検査用凸部に順に当接させ、この時の測定機の指示値を読み取り、この指示値と各指示精度検査用凸部のピッチ間隔とからＣＭＭの精度検査を行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の校正用ゲージでは、スケール精度の評価を行うことはできる。ＣＭＭでは、被測定物に対して、プローブがＸ，Ｙ，Ｚの三次元方向へ相対移動させられる。したがって、高精度にＣＭＭを評価するには、プローブがＸ軸方向に移動する際、真直度、すなわち、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の運動のばらつき（うねり）についても、ＣＭＭを補正する必要がある。また、ＣＭＭの直角度、すなわち、Ｘ軸−Ｙ軸の直角度、Ｙ軸−Ｚ軸の直角度、Ｚ軸−Ｘ軸の直角度についても、ＣＭＭを補正する必要がある。しかし、前記従来の校正用ゲージは、スケール精度の評価を行うのみであり、単独ではＣＭＭの真直度及び直角度の評価を行うことができない。
【０００７】
本発明の目的は、被測定物を多次元で測定するためのＣＭＭにおいて、当該ＣＭＭのスケール誤差、真直度及び直角度を評価するための方法及び校正用ゲージを提供することである。
本発明の他の目的は、反転法を利用してＣＭＭを評価する際に、反転法の基準線及び基準面を容易に設定することができる、校正用ゲージ及び治具を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、反転法を利用してＣＭＭを評価する際に、反転時に取り扱いが容易な、軽量化された校正用ゲージを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、被測定物に対してＸ，Ｙ及びＺ座標値を相対的に明らかにすることができるように構成された多次元座標測定機の性能評価方法であって、Ｘ軸に垂直な表面、Ｙ軸に垂直な表面及びＺ軸に垂直な表面を備えたブロック体のいずれかの軸に垂直な表面に設けられて、他の軸に沿って実質的に整列するように設けられた複数の列状球体群と、前記列状球体群が設けられた前記表面の反対側の表面に設けられた１つの独立球体とを備えた校正用ゲージを、前記列状球体群が前記多次元座標測定機の前記他の軸に平行に整列するように前記校正用ゲージを位置決めする第１の手順と、
前記列状球体群及び前記独立球体により仮想基準平面を設定するとともに、前記列状球体群により基準軸及び座標原点を設定する第２の手順と、
前記列状球体群の各球体を多次元座標測定機により測定する第３の手順と、
前記基準軸と平行な軸を中心に前記校正用ゲージを反転させ、前記校正用ゲージを、前記列状球体群が前記多次元座標測定機の機械軸の前記他の軸に平行に整列するように前記校正用ゲージを位置決めする第４の手順と、
前記列状球体群及び前記独立球体により反転後の仮想基準平面を設定するとともに、前記列状球体群により反転後の基準軸及び座標原点を設定する第５の手順と、
前記列状球体群の各球体を多次元座標測定機により測定する第６の手順とを順次行うことを特徴とする、多次元座標測定機の性能評価方法により前記課題を解決する。
【０００９】
本発明では、第１の手順において、まず、ブロック体が多次元座標測定機上に所定の姿勢で位置付けられる。所定の姿勢とは、多次元座標測定機の機械座標系のいずれかの軸に沿って列状球体群が整列し、且つ、前記いずれかの軸に直交する軸上に独立球体が位置する姿勢である。例えば、機械座標系のＸ軸に沿って列状球体群が整列し、Ｘ軸と直交する軸、例えば、機械座標系のＹ軸上に独立球体が位置するようにブロック体が位置付けられる。
【００１０】
次いで、第２の手順において、多次元座標測定機のプローブによって、校正用ゲージの列状球体群及び独立球体を測定し、中心座標を算出する。このとき、例えば、列状球体群の２つの球体の中心座標と、独立球体の中心座標を算出する。なお、本明細書において列状球体群及び独立球体の「球体」という場合、「球体」とは、中心座標、寸法、形状等を算出することができる程度に球体の形態をしていることを意味し、例えば、全体の１／３が真球から欠けているものや、半球状のものも含むものとする。
前記測定によって、３つの球体の中心座標が属する面を仮想基準平面として設定し、列状球体群の２つの球体の中心を通る線分を基準軸として設定し、また列状球体群の1つの球体の中心を座標原点として設定する。以上のようにして、２つの列状球体群と１つの独立球体により、ゲージ座標系を設定する。
【００１１】
次いで、第３の手順において、多次元座標測定機のプローブによって、列状球体群の複数の球体及び独立球体を測定する。このとき、それぞれの球体の中心座標、寸法、形状等を算出する。列状球体群の測定は、ゲージ座標系により行う。
【００１２】
次いで、第２の手順において設定したゲージ座標系の基準軸を用いて、その基準軸と平行な軸を中心に前記校正用ゲージを反転させる。校正用ゲージを反転させた後、複数の列状球体群が多次元座標測定機の機械軸の前記いずれかの軸と平行に整列するように前記校正用ゲージを位置決めする。校正用ゲージを反転させることにより、いわゆる反転法を利用して、校正用ゲージのそれぞれの球体の中心座標を測定し、多次元座標測定機の真直度及び直角度について性能評価を行うことができる。
【００１３】
次いで、第５の手順において、多次元座標測定機のプローブによって、反転後の校正用ゲージの列状球体群及び独立球体を測定し、中心座標を算出する。このとき、例えば、第２の手順と同様に、列状球体群の２つの球体の中心座標と、独立球体の中心座標を算出する。前記測定によって、３つの中心座標が属する面を仮想基準平面として再度設定し、列状球体群の２つの球体の中心を通る線分を基準軸として再度設定する。また列状球体群の1つの球体の中心を座標原点として再度設定する。以上のようにして、列状球体群の２つの球体と１つの独立球体により、反転後のゲージ座標系を設定する。
【００１４】
次いで、第６の手順において、多次元座標測定機のプローブによって、列状球体群の複数の球体及び独立球体を測定する。このとき、第３の手順と同様に、それぞれの球体の中心座標、寸法、形状等を算出する。列状球体群の測定は、ゲージ座標系により行う。
【００１５】
反転前後において、多次元座標測定機のプローブによって校正用ゲージのそれぞれの球体を測定した後、それぞれの球体の中心座標が演算処理される。
多次元座標測定機の１つの機械軸のスケール誤差は、列状球体群のそれぞれの球体の中心座標の校正値との対比で評価される。
多次元座標測定機の真直度は、ゲージ座標系を基準にして、反転前後における列状球体群の基準軸と直角方向の距離の差の１／２の最大値で評価される。
多次元座標測定機の直角度、例えば、Ｘ軸−Ｙ軸の直角度は、ゲージ座標系を基準にして、反転前後において、原点と独立球体の中心を通る直線を求め、その直線と基準軸との角度の差の１／２で評価される。
【００１６】
機械座標系の機械軸の１つの軸、例えば、Ｘ軸に加え、さらに、他の機械軸、例えば、Ｚ軸に関連して、上記手順を繰り返すことにより、（１）多次元座標測定機のＺ軸のスケール誤差の評価、（２）多次元座標測定機のＺ軸運動のＸ軸方向の真直度の評価、さらには、（３）多次元座標測定機のＸ軸運動とＺ軸運動の直角度の評価を行うことができる。
機械軸の総ての軸について、スケール誤差、真直度及び直角度のそれぞれの評価を行うことにより、多次元座標測定機の性能評価を行うことができる。
【００１７】
反転法を利用して、多次元座標測定機の性能評価を行う際、列状球体群に沿って校正用ゲージを反転させることが好ましい。
反転前後において、列状球体群のそれぞれの球体の中心座標を測定するが、基準軸から列状球体群のそれぞれの球の中心座標の距離が短いほど、誤差は小さくなる。すなわち、誤差Ｅは、
Ｅ＝Ａ＋Ｌ／Ｋ式（１）
Ａ：製造業者によって提供される定数
Ｌ：測定された長さ
Ｋ：製造業者によって提供される無次元の定数
で表される。
そこで、校正用ゲージの反転軸と基準軸を限りなく近付けることによって、Ｌが最小化され、誤差を小さく抑えることができる。
【００１８】
また、本発明は、校正用ゲージを提供する。本発明の校正用ゲージは、Ｘ軸に垂直な表面、Ｙ軸に垂直な表面及びＺ軸に垂直な表面を備えたブロック体と、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸のいずれかの軸に垂直な表面において、他の軸に沿って実質的に整列するように設けられた複数の列状球体群と、前記列状球体群が設けられた前記表面の反対側の表面に設けられた１つの独立球体とを有する。なお、ここで、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、ゲージ座標系である。
【００１９】
この校正用ゲージは、反転法を利用した多次元座標測定機の性能評価に適している。校正用ゲージは、いずれかの軸に垂直なブロック体の表面において、一方に列状球体群、他方に独立球体を備えている。
反転法を利用する際、仮想基準平面と基準軸及び座標原点が設定されるが、その際に最低限必要な情報は３つの点座標である。一方、反転法を利用するには、校正用ゲージ自体を多次元座標測定機の１つの機械軸に平行な軸を基準に反転させる必要があるが、なるべく軽量化する方が取り扱いが便利である。
これらのことを考慮すると、スケール誤差の評価及び真直度の評価を行うには、整列した列状球体群と、前記列状球体群の列と直交する軸線上に仮想基準平面を設定する球体があれば十分であり、例えば、独立球体が支持できるようにブロック体の形状を工夫することにより、ブロック体の余分な肉を除去して校正用ゲージの軽量化を図ることができることになる。
【００２０】
例えば、平面視で半円形状や三角形状のブロック体が考えられる。しかし、校正用ゲージは、多次元座標測定機上で種々の姿勢で載置されるので、安定性も考慮しなければならない。１つの構成として、校正用ゲージを中空状の直方体とすることができる。かかる構成の場合、中空部分の肉が除去されているので、反転法を利用して多次元座標測定機の評価を行う際、校正用ゲージを多次元座標測定機上で反転させるのが容易であることに加え、いずれかの軸に直交する軸に垂直な表面を平坦に形成することで多次元座標測定機上で安定載置することができる。
【００２１】
また、他の構成として、校正用ゲージを前記ブロック体の形状を平面視においてＬ字形とし、該Ｌ字形の長辺の表面に列状球体群が設けられ、下辺の先端表面に独立球体が設けられていることが好ましい。
こうすることにより、例えば、Ｘ軸に垂直な表面に列状球体群及び独立球体を設け、他の軸に垂直な表面を平坦に形成することにより、校正用ゲージを軽量化できて取り扱いが容易であり、また、Ｙ軸及びＺ軸の表面を利用して校正用ゲージを安定載置することができる。
特に、Ｌ字形の校正用ゲージを使用することで、列状球体群列を反転軸として校正用ゲージを反転させ、式（１）のＬの値を最小化することができ、精度高く多次元座標測定機を評価することができる。
【００２２】
また、反転法を利用するに際して、ブロック体の他の軸に垂直な表面を、それぞれ多次元座標測定機の測定テーブル上に三点支持するための支持面として構成することが好ましい。
具体的には、列状球体群及び独立球体が設けられた表面以外の表面を平坦な支持面として形成することにより、テーブル上に校正用ゲージを載置する際、さらには、治具を用いて校正用ゲージをテーブル上に位置決め載置する際に、所定位置に校正用ゲージを位置決めすることが容易となる。
【００２３】
本発明では、さらに、列状球体群及び／又は独立球体がブロック体に対して着脱自在に取り付けられていることが好ましい。
校正用ゲージを利用して多次元座標測定機の評価を行う際、列状球体群及び独立球体に摩耗や傷が発生することがある。このような摩耗及び傷は、評価精度に影響を与える。そこで、列状球体群及び／又は独立球体を交換可能な構造とすることにより、校正用ゲージの精度を復旧させることができる。
【００２４】
また、本発明では、前記校正用ゲージの反転に適した支持治具を提供する。この支持治具は、Ｘ軸に垂直な表面、Ｙ軸に垂直な表面及びＺ軸に垂直な表面を備えたブロック体と、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸のいずれかの軸に垂直なブロック体の表面の一方及び他方に設けられた球体を有する多次元座標測定機校正用ゲージとの組合せで用いられる治具であって、
前記いずれかの軸と直交する軸に垂直な第１の表面に対向する第１のベースと、前記いずれかの軸と直交する他の軸に垂直な第２の表面に対向する第２のベースとを備えており、前記校正用ゲージが前記第１のベース及び第２のベースに対して当接して位置決めされる。
【００２５】
特に、校正用ゲージがＬ字状をしている場合、支持治具が、ブロック体の長辺に沿って設けられた球体の列を当該支持治具の中心線に沿って位置決めするベースを備えていることが好ましい。
【００２６】
こうすることにより、校正用ゲージの２つの面を利用して、多次元座標測定機に位置決めすることが容易であり、特に、列状球体群の列を反転前後で実質的に一致させて多次元座標測定機の評価を行う場合に有用である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明による多次元座標測定機の校正用ゲージ、及び、多次元座標測定機の評価方法の一実施形態について説明する。多次元座標測定機には、二次元座標測定機や三次元座標測定機、そしていわゆる２．５次元座標測定機等がある。また、使用する座標系で分類すると三次元座標測定機には、テーブル等を移動させることによって被測定物を直交座標系で測定する直交座標型三次元座標測定機や極座標系で測定する円筒極座標型三次元座標測定機などがある。また多関節型のアームを移動させることによって被測定物を任意の方向から測定する構造をもった多関節型三次元座標測定機等がある。本発明はいずれの多次元座標測定機にも利用することができる。以下、直交座標型三次元座標測定機を用いて本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２８】
図１は、校正用ゲージによって評価される三次元座標測定機１０の一例を示している。三次元座標測定機１０は、その上に載置される被測定物に対して相対移動するプローブを備えている。同図に示された三次元座標測定機１０は、ベース１２上の測定テーブル１４と、ベース１２に取り付けられた門型フレーム１６と、その門型フレーム１６に取り付けられた昇降軸駆動部１８を備えている。
測定テーブル１４は、ベース１２に対して、Ｙ軸方向に移動可能である。門型フレーム１６は、ベース１２に剛性高く固着されている。昇降軸駆動部１８は、門型フレーム１６に対してＸ軸方向に移動可能である。昇降軸駆動部１８は、昇降軸２０を備えており、その昇降軸２０が昇降軸駆動部１８に対してＺ軸方向に移動可能である。
昇降軸２０の先端には、プローブ２２が取り付けられている。測定テーブル１４、昇降軸駆動部１８及び昇降軸２０が移動することにより、プローブ２２が被測定物に対して三次元で相対移動する。三次元座標測定機の１０のプローブ２２が移動するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、三次元座標測定機１０を基準とした機械座標系であり、校正用ゲージを測定するための座標系と区別される。
【００２９】
図２は、昇降軸２０及びプローブ２２の拡大図である。プローブ２２は、ジョイント２４を介して昇降軸２０に取り付けられている。ジョイント２４の角度を変更することにより、被測定物に対してプローブ２２が臨む角度を変えることができる。
プローブ２２は、機械座標系のＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸に延びる枝軸２２ａ，２２ｂを備え、それぞれの枝軸の先端に測定球を備えている。測定球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Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に内蔵された基準スケールの機械座標系の座標値が読み取られる。
【００３０】
ここで、反転法を利用した三次元座標測定機の評価方法を説明すると、まず、校正用ゲージが測定テーブル１４上に載置される。評価項目は、（１）三次元座標測定機の各機械軸のスケール誤差、（２）三次元座標測定機の各機械軸運動の真直度、及び、（３）三次元座標測定機の各機械軸間の直角度である。それぞれの評価を行う場合、校正用ゲージが種々の姿勢で三次元座標測定機上に載置される。
例えば、Ｘ軸方向のスケール誤差の評価、Ｘ軸方向の真直度の評価及びＸ軸−Ｙ軸の直角度の評価を行う場合、校正用ゲージを三次元座標測定機１０の測定テーブル１４上に所定の姿勢で載置した後、仮想基準平面及び基準軸及び座標原点を設定し、校正用ゲージの各球体の測定を行う。その後、列状球体群と実質的に整列する反転軸を中心に校正用ゲージを１８０°回転させ、同様に仮想基準平面、基準軸及び座標原点を設定し、校正用ゲージの各球体の測定を行う。
【００３１】
そこでまず、三次元座標測定機１０のプローブ２２によって球体の表面を測定し、球体の中心座標、寸法、形状等が算出される。例えば、列状球体群を機械軸Ｘ方向に整列させた場合には、測定値を予め校正してある値（校正値）と比較することにより、Ｘ軸方向のスケール誤差の評価が行われる。また、ゲージを機械軸Ｘと平行な反転軸の周りに反転させ、列状球体群のそれぞれの球体を測定し、中心座標を算出することにより、Ｘ軸運動のＹ軸方向の真直度評価及びＸ軸運動のＺ軸方向の真直度評価、及び、Ｘ軸運動とＹ軸運動の直角度の評価が行われる。
その後、ゲージの姿勢を変更し、それぞれ反転法を利用して、Ｙ軸方向のスケール誤差の評価及びＹ軸運動の真直度評価、Ｚ軸方向のスケール誤差の評価及びＺ軸運動の真直度評価、Ｙ軸運動とＺ軸運動の直角度評価並びにＺ軸運動とＸ軸運動の直角度評価が行われる。
【００３２】
本発明では、このような反転法を利用した評価に適した校正用ゲージを提供する。図３は校正用ゲージの一実施形態の斜視図である。校正用ゲージ２６は、ブロック体２８に球体１００が取り付けられた構造をしている。
ブロック体２８は、図３に示された本実施形態では、Ｌ字状をしている。もっとも、ブロック体は中空状の直方体のような形状でもよい。校正用ゲージ２６は、例えば、みかげ石、鋳鉄、鋳鋼（例えば、ＪＩＳＧ５５１１：ＳＣＬＥ１）などの剛性があり、線膨張係数の小さい材料で製造される。これらの材料は一般的に比重が大きいので、取り扱いの面から図３に示されたＬ字状の校正用ゲージ２６や、中空状の直方体校正用ゲージのように、軽量化を図るように部分的に肉が切除されていることが反転法を利用するに際して望ましい。
その一方で、校正用ゲージ２６を種々の姿勢で三次元座標測定機１０上に載置する必要があるので、以下に説明するように、いくつかの面を備えている。
【００３３】
ブロック体２８は、ゲージ座標系において、Ｙ軸方向に垂直な球体取付面３０と、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に垂直な載置面３２，３４を有する。本実施形態の校正用ゲージ２６では、球体取付面３０は、校正用ゲージ２６の長辺の外側でＹ軸方向に垂直な平坦面３０Ａと、校正用ゲージ２６の短片の先端側でＹ軸方向に垂直な平坦面３０Ｂよりなる。本実施形態のブロック体２８は、載置面３２において、そのブロック体２８に固着された円盤状の載置板３２ａを備えている。また、図示されていないが、Ｚ軸に垂直な載置面３４にも、ブロック体２８は載置板を備えている。
載置面３２，３４は、三次元座標測定機１０上に所定の姿勢で校正用ゲージ２６を載置する際に利用される。なお、支持ピンや治具を利用して校正用ゲージ２６を載置する場合、載置面は必ずしも厳密に平坦である必要はない。
【００３４】
球体１００は、球体取付面３０に取り付けられる。球体１００のうち、列状球体群のそれぞれの球体１１０，１１１，１１２，１１３，１１４は、平坦面３０Ａに取り付けられる。球体１００のうち独立球体１２０は、平坦面３０Ｂに取り付けられる。
球体１００の材料は、例えば、セラミックス、鋼などが使用される。錆びにくいという要請の下では、セラミックス製の球体１００を利用することが好ましい。
【００３５】
列状球体群のそれぞれの球体１１０−１１４及び独立球体１２０は、それぞれ矩形のベース１３０に固着されている。このベース１３０が、ねじ等によってブロック体２８に固着される。それぞれの球体は、ブロック体２８に固着された後、校正のための測定手段により列状球体群の中心座標、寸法、形状等が値付けされている。
このように、球体１００を着脱自在に構成することにより、球体に摩耗や傷が発生した際に、球体１００の交換が容易である。なお、球体の交換後は、再度、座標等が値付けされる。
また、ブロック体２８の球体取付面３０には、ねじ孔３５が多数形成されている。こうすることにより、球体１００及びベース１３０を所望の位置に取り付けることができる。球体１００の位置を変更することにより、本発明の校正用ゲージを利用して種々の測定範囲を有する多次元座標測定機を評価することができる。
【００３６】
図４は他の形態の校正用ゲージを示している。図４に示された校正用ゲージ２６’は、Ｙ軸方向の載置面３２’に校正用ゲージ２６’載置用の支持ピン３６が取り付けられ、Ｚ軸方向の載置面３４’に校正用ゲージ２６’載置用の支持ピン３７が取り付けられた構造をしている。支持ピン３６，３７は、校正用ゲージ２６’の自重による撓みが小さくなる位置に取り付けられている。
【００３７】
列状球体群のそれぞれの球体１１０−１１４及び独立球体１２０は、それぞれ矩形のベース１３０に固着されている。このベース１３０が、ボルト等によってブロック体２８に固着される。それぞれの球体は、ブロック体２８に固着された後、校正のための測定手段により列状球体群の中心座標、寸法、形状等が値付けされている。
このように、球体１００を着脱自在に構成することにより、球体に摩耗や傷が発生した際に、球体１００の交換が容易である。なお、球体の交換後は、再度、座標等が値付けされる。
また、ブロック体２８の球体取付面３０には、ねじ孔３５が多数形成されている。こうすることにより、球体１００及びベース１３０を所望の位置に取り付けることができる。球体１００の位置を変更することにより、本発明の校正用ゲージを利用して種々の測定範囲を有する多次元座標測定機を評価することができる。
【００３８】
図５乃至図７は、他の形態の校正用ゲージを示している。この校正用ゲージ２２６は、有底状の中空直方体のブロック体２２８に球体が取り付けられた構造をしている。本実施形態の校正用ゲージ２２６は、反転法を利用した座標測定機の評価を行うことを意図して、中空状とすることにより軽量化が図られている。
校正用ゲージ２２６のブロック体２２８は、Ｙ軸方向に垂直な球体取付面２３０と、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に垂直な載置面２３２，２３４を有する。それぞれの載置面２３２，２３４は、三次元座標測定機１０上に所定の姿勢で校正用ゲージ２６を載置するため、支持ピン３３６，３３７を備えている。載置面２３２には、複数の肉抜孔３４０が形成されており、ブロック体２２８の軽量化が図られている。
【００３９】
球体は、球体取付面２３０に取り付けられる。球体のうち、列状球体群のそれぞれの球体２１０，２１１，２１２，２１３，２１４は、一方の平坦な球体取付面２３０に取り付けられる。球体のうち独立球体２２０は、他方の平坦な球体取付面２３０に取り付けられる。ブロック体の材料や球体の材料は、前述の実施形態と同じである。
なお、独立球体２１０は、列状球体群の端部の球体２１０に対応している必要はなく、例えば、中央の球体２１２に対応して、球体取付面の中央辺りに設けられてもよい。
【００４０】
図８は、校正用ゲージ２６’用の支持治具３８を示している。支持治具３８は、Ｌ字状校正用ゲージ２６’を利用して反転法により三次元座標測定機１０の評価を行うことに適している。支持治具３８は、Ｌ字状校正用ゲージ２６’を倒伏姿勢及び起立姿勢で位置決めすることに適するとともに、Ｌ字状校正用ゲージ２６’の列状球体群の列に沿って校正用ゲージ２６’を反転させることに適している。
支持治具３８は、ゲージ座標系において、２つの軸に垂直な平坦面が形成された治具ベース４０，４２が直角に屈曲した形状である。これらの平坦面の代わりに、ピンを突設してＬ字状校正用ゲージ２６’が所定の姿勢で三次元座標測定機上に載置されるように構成してもよい。
治具ベース４０には、Ｌ字状校正用ゲージ２６’を位置決め固定するためのそれぞれ一対のアーム４４，４６が取り付けられている。一対のアーム４４には、校正用ゲージ２６’が当接する位置決めピン４４’が対峙している。この治具３８では、校正用ゲージ２６’が位置決めピン４４’に当接することで、反転前後において列状球体群が実質的に同じ列内に位置する。一対のアーム４６は、固定ねじ４８，５０を備えている。それぞれの固定ねじ４８，５０は、位置決め後の校正用ゲージ２６’を治具に固定するために設けられている。なおアーム４４，４６は治具ベース４０に対して着脱容易に構成されており、校正用ゲージ２６’の位置決めに使用されない側のアームは、球体測定時には通常取り外されている。
【００４１】
図９乃至図１１は、Ｌ字状校正用ゲージ２６’を固定した状態の支持治具３８を示している。Ｌ字状校正用ゲージ２６’は、載置面の支持ピンが、それぞれ、治具ベース４０，４２に当接するように位置決めされる。Ｌ字状校正用ゲージ２６’を支持治具３８の治具ベース４０，４２及びアーム４４，４６に当接させることにより、Ｌ字状校正用ゲージ２６’の反転前後いにおいて、列状球体群は実質的に同じ線分上に位置する。また、支持治具３８は、Ｌ字状校正用ゲージ２６’の形状に倣うように、余剰な肉が切除された形状をしている。
【００４２】
以下、三次元座標測定機１０の評価方法について説明する。三次元座標測定機１０の測定テーブル１４上に図９乃至図１１に示されるような倒伏姿勢で支持治具３８を載置する。校正用ゲージ２６’は、支持ピン３７が治具ベース４２に当接することで１つの方向に位置決めされ、位置決めピン４４’が校正用ゲージ２６’に当接することによりさらにもう１つの方向に位置決めされる。その後、固定ねじ４８，５０によって校正用ゲージ２６’が治具に固定される。
【００４３】
図１２は、機械座標系のＸ軸方向に列状球体群のそれぞれの球体１１０・・・が整列するように、Ｌ字状校正用ゲージ２６’を載置した状態を示している。なお、図９では、支持ピン等の部材は、省略されている。
【００４４】
まず、仮想基準平面と基準軸が設定される。そのため、三次元座標測定機１０のプローブ２２によって列状球体群の端部に位置する球体１１０，１１４、並びに、独立球体１２０が測定され、中心座標、寸法及び形状などが算出される。もっとも、測定対象の球体は、列状球体群の端部でなくてもよい。
各球体の測定は、プローブ２２を各球体に接触させ、通常５点（球体の赤道上４点及び極１点）の測定値から中心座標が決定される。このように、３つの球体の中心座標から、幾何学的に仮想基準平面と基準軸が設定される。本実施形態のＬ字状校正用ゲージ２６’を利用する際、列状球体群の端部の球体１１０の中心座標が原点として設定される。
【００４５】
仮想基準平面及び基準軸が設定された後、ゲージ座標系において、列状球体群のそれぞれの球体１１０，１１１，１１２，１１３，１１４が測定される。測定は複数回行うことが好ましい。
【００４６】
次いで、支持治具３８上において、Ｌ字状校正用ゲージ２６’が１８０°反転させられる。図１２の仮想線で示されるように、Ｌ字状校正用ゲージ２６’の反転軸は、原点となる列状球体群の端部の球体１１０を通過する基準軸と略一致している。反転操作の後、Ｌ字状校正用ゲージ２６’は、同様の手順により、３つの球体の中心座標が測定される。これにより、反転後の仮想基準平面と基準軸が新たに設定される。
その後、ゲージ座標系において、列状球体群のそれぞれの球体１１０，１１１，１１２，１１３，１１４の中心座標、寸法及び形状などが測定される。測定は同様に複数回行うことが好ましい。
【００４７】
各球体の測定後、まず、機械座標系のＸ軸方向のスケール誤差の評価を行う。測定結果はＸ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４で得られ、これらの測定結果が校正用ゲージ２６’の校正値と比較される。この比較によって、三次元座標測定機１０のＸ軸方向のスケール誤差の評価が行われる。
【００４８】
次に、Ｘ軸運動の真直度の評価を行う。反転前後において、列状球体群のそれぞれの球体１１０−１１４のＹ軸方向の測定値から、基準軸からの距離の差の１／２に相当するＹ座標値を算出する。
図１３は、反転前の球体１１０−１１４の中心座標のＹ値をＰ０’，Ｐ１’，Ｐ２’，Ｐ３’，Ｐ４’で示し、反転後の球体１１０−１１４の中心座標のＹ値をＰ０”，Ｐ１”，Ｐ２”，Ｐ３”，Ｐ４”で示している。それぞれの球体１１０−１１４の中心点の基準軸からの距離の差の１／２に相当するＹ座標値が、Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４で示されている。Ｐ０’及びＰ０”は、ゲージ座標系において基準軸上の点として設定されているので、Ｐ０の値は０となる。
Ｘ軸運動のＹ方向の真直度は、基準軸Ｘと平行な２直線で点Ｐ０〜Ｐ４を挟んだときに、２直線間の距離の最大値δで評価される。
また、Ｘ軸運動の真直度の評価において、図１３ではＹ軸方向の測定値を例示したが、列状球体群のそれぞれの球体の中心座標は、Ｙ軸方向だけでなくＺ軸方向にも値を持つ。したがって、Ｘ軸運動のＺ方向の真直度についても、同時に評価される。
【００４９】
次に、Ｌ字状校正用ゲージ２６’のＸ軸−Ｙ軸の直角度の評価を行う。
図１４（ａ）に示されるように、座標系の原点となる球体１１０の中心座標Ｐ０’と独立球体１２０の中心座標Ｐｒ’を通る直線と基準軸がなす角θ’を求める。図１４（ｂ）に示されるように、校正用ゲージの反転後、同様に、原点の球体１１０の中心座標Ｐ０”と独立球体１２０の中心座標Ｐｒ”を通る直線と基準軸がなす角θ”を求める。得られた角度θ’，θ”から（θ’−θ”）／２を求め、これによって、Ｘ軸運動とＹ軸運動の直角度が評価される。
【００５０】
次いで、支持治具３８を測定テーブル１４上で９０°回転させ、列状球体群の球体の列がＹ軸に沿って整列するようにＬ字状校正用ゲージ２６’を位置決めする。支持治具３８にＬ字状校正用ゲージ２６’を固定し、反転前後で仮想基準平面及び基準軸をそれぞれ設定した後、列状球体群の端部の球体１１０を原点として列状球体群のそれぞれの球体の中心座標、寸法、形状などをプローブ２２によって測定し、算出する。これにより、機械座標系のＹ軸のスケール誤差の評価、及び、Ｙ軸運動のＸ軸方向の真直度の評価、Ｙ軸運動のＺ軸方向の真直度の評価、Ｙ軸運動とＺ軸運動の直角度の評価を行うことができる。
【００５１】
さらに、支持治具３８を図８に示されるような起立姿勢にして、同様の手順で測定を行う。この手順によって、機械座標系のＺ軸のスケール誤差の評価、Ｚ軸運動のＸ軸方向の真直度の評価、Ｚ軸運動のＹ軸方向の真直度の評価、Ｚ軸運動とＸ軸運動の直角度の評価を行うことができる。
その後、支持治具３８を９０°回転させ、同様の手順で列状球体群の中心座標等を測定する。この手順によって、機械座標系のＺ軸のスケール誤差の評価、Ｚ軸運動のＸ軸方向の真直度の評価、Ｚ軸運動のＹ軸方向の真直度の評価、Ｚ軸運動とＹ軸運動の直角度の評価を行うことができる。
なお、校正用ゲージの姿勢によってそれぞれの評価は重複するため、必ずしも総ての評価項目を測定する必要はない。
【００５２】
特に、反転時において、列状球体群のそれぞれの球体の列の線分と反転軸を近似させることで、式（１）に示したように、測定された長さＬが小さな値となり、真直度及び直角度の誤差を小さく抑えることができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明は、反転法を利用して多次元座標測定機の評価を行う際に、列状球体群と独立球体を特定の構成でブロック体に設けることにより、ブロック体の余剰な肉を切除して軽量化を図ることができる。これにより、校正用ゲージの反転時に取り扱いが極めて便利である。
さらに、球体を着脱可能とすることにより、測定対象となる球体を任意の間隔に設定できるので、座標測定機の測定可能範囲に応じて球体の数や球体の位置を設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】直交型三次元座標測定機の全体を示す概略図である。
【図２】図１の座標測定機のプローブの拡大斜視図である。
【図３】校正用ゲージの一実施形態の斜視図である。
【図４】校正用ゲージの他の実施形態の斜視図である。
【図５】校正用ゲージのさらに他の実施形態の上面図である。
【図６】図５の校正用ゲージの正面図である。
【図７】図５の校正用ゲージの底面図である。
【図８】校正用ゲージを位置決めする支持治具の斜視図である。
【図９】校正用ゲージを載置した支持治具の斜視図である。
【図１０】校正用ゲージを載置した支持治具の平面図である。
【図１１】校正用ゲージを載置した支持治具の側面図である。
【図１２】多次元座標測定機のスケール誤差の評価方法を説明する図である。
【図１３】多次元座標測定機の真直度の評価方法を説明する図である。
【図１４】多次元座標測定機の直角度の評価方法を説明する図である。
【符号の説明】
１０直交型三次元座標測定機（多次元測定機）
１２ベース
１４測定テーブル
１６門型フレーム
１８昇降軸駆動部
２０昇降軸
２２プローブ
２２ａ，２２ｂ枝軸
２４ジョイント
２６，２６’ 校正用ゲージ
２８ブロック体
３０球体取付面
３２，３４，３２’，３４’ 載置面
３２ａ載置板
３５ねじ孔
３６支持ピン
３７支持ピン
３８支持治具
４０，４２治具ベース
４４，４６アーム
４４’ 位置決めピン
４８，５０固定ねじ
１００球体
１１０−１１４列状球体群
１２０独立球体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a performance evaluation method for a multidimensional coordinate measuring machine, a calibration gauge for the multidimensional coordinate measuring machine, and a jig for the calibration gauge.
[0002]
[Prior art]
A coordinate measuring machine (hereinafter referred to as “CMM”), which is one of the multi-dimensional coordinate measuring machines, detects the positions of discrete points existing in a three-dimensional space, and coordinates with the aid of a computer. It is a measuring instrument for measuring dimensions and shapes. Specifically, in a measuring machine, for example, a probe (coordinate detector) attached to the tip of a Z-axis column is X, Y, Z with respect to an object to be measured placed on a surface plate (measuring machine table). Is relatively moved in the three-dimensional direction. The moment when the probe contacts the object to be measured is taken, and the coordinate value of the reference scale built in each feed axis direction is read using this moment as an electrical trigger. The coordinate value is processed by a computer, and the dimension and shape of the object to be measured are measured.
[0003]
The CMM as described above is often required to have particularly high accuracy. In order to guarantee high-accuracy measurement, accuracy inspection is performed sequentially. Thereafter, when measurement is performed using the CMM, the measurement value is calibrated using the result of the accuracy test as a correction value, or the CMM is finely adjusted by the adjusting means. In the accuracy inspection of this CMM, a reference gauge is necessary, and this gauge must be able to evaluate the inspection value by moving the probe three-dimensionally.
[0004]
How to examine the error of each axis of CMM was a serious problem for many researchers. Therefore, it is a well-known fact that a gauge suitable for the purpose of obtaining an error of CMM is first devised, and basically a sphere should be measured. The next issue is how to make the measurement and 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 in a three-dimensional manner. .
[0005]
Such a calibration gauge for CMM is described in, for example, Japanese Utility Model Publication No. 1-64004. The calibration gauge has a large number of substantially cubic shaped indicator accuracy inspection convex portions arranged at predetermined pitch intervals on the upper surface of a flat rectangular parallelepiped block main body along one end surface direction of the block main body. An approximately hemispherical convexity for inspecting repeatability is integrally provided. When performing an accuracy test using this, after setting the block main body on the CMM table, the probe is sequentially brought into contact with, for example, the indicator accuracy test convex portion, and the indication value of the measuring instrument at this time is read. CMM accuracy inspection is performed from the indicated value and the pitch interval of each indication accuracy inspection convex portion.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
With the conventional calibration gauge, it is possible to evaluate the scale accuracy. In the CMM, the probe is moved relative to the object to be measured in the three-dimensional directions of X, Y, and Z. Therefore, in order to evaluate CMM with high accuracy, when the probe moves in the X-axis direction, it is necessary to correct CMM for straightness, that is, variation in movement (swell) in the Y-axis direction and Z-axis direction. is there. Also, the CMM needs to be corrected for the squareness of the CMM, that is, the squareness of the X-axis and the Y-axis, the squareness of the Y-axis and the Z-axis, and the squareness of the Z-axis and the X-axis. However, the conventional calibration gauge only evaluates the scale accuracy, and cannot alone evaluate the straightness and squareness of the CMM.
[0007]
An object of the present invention is to provide a method and a calibration gauge for evaluating a scale error, straightness, and squareness of a CMM in a CMM for measuring an object to be measured in multiple dimensions.
Another object of the present invention is to provide a calibration gauge and jig capable of easily setting a reference line and a reference surface of an inversion method when evaluating a CMM using the inversion method. .
Still another object of the present invention is to provide a lightweight calibration gauge that is easy to handle during inversion when evaluating the CMM using the inversion method.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the present invention is a performance evaluation method for a multi-dimensional coordinate measuring machine configured to be able to clarify X, Y and Z coordinate values relative to an object to be measured. Provided on a surface perpendicular to any axis of the block body with a vertical surface, a surface perpendicular to the Y-axis, and a surface perpendicular to the Z-axis, so as to be substantially aligned along the other axis A calibration gauge comprising a plurality of arranged sphere groups and one independent sphere provided on the surface opposite to the surface where the arranged sphere groups are provided, wherein the arranged sphere groups are A first procedure for positioning the calibration gauge to align parallel to the other axis of the multi-dimensional coordinate measuring machine;
A second procedure for setting a virtual reference plane by the columnar sphere group and the independent sphere, and setting a reference axis and a coordinate origin by the columnar sphere group;
A third procedure for measuring each sphere of the array of spheres with a multidimensional coordinate measuring machine;
The calibration gauge is inverted about an axis parallel to the reference axis, and the calibration gauge is aligned so that the columnar sphere group is parallel to the other axis of the mechanical axis of the multi-dimensional coordinate measuring machine. A fourth procedure for positioning the calibration gauge in
A fifth procedure for setting a virtual reference plane after inversion by the columnar sphere group and the independent sphere, and setting a reference axis and coordinate origin after inversion by the columnar sphere group;
The above-mentioned problem is solved by a performance evaluation method for a multi-dimensional coordinate measuring machine, wherein a sixth procedure for measuring each sphere of the group of spherical spheres with a multi-dimensional coordinate measuring machine is sequentially performed.
[0009]
In the present invention, in the first procedure, first, the block body is positioned in a predetermined posture on the multidimensional coordinate measuring machine. The predetermined posture is a posture in which the columnar sphere group is aligned along any axis of the machine coordinate system of the multi-dimensional coordinate measuring machine and the independent sphere is located on an axis orthogonal to any one of the axes. It is. For example, the columnar sphere groups are aligned along the X axis of the machine coordinate system, and the block bodies are positioned so that the independent sphere is positioned on an axis orthogonal to the X axis, for example, the Y axis of the machine coordinate system.
[0010]
Next, in the second procedure, the columnar sphere group and the independent sphere of the calibration gauge are measured by the probe of the multidimensional coordinate measuring machine, and the center coordinates are calculated. At this time, for example, the center coordinates of the two spheres of the columnar sphere group and the center coordinates of the independent spheres are calculated. In addition, in this specification, when referring to the “sphere” of the group of spherical spheres and the independent sphere, the “sphere” means that the sphere is in a form that can calculate center coordinates, dimensions, shapes, and the like. This means that, for example, one-third of the whole is missing from a true sphere or a hemisphere.
By the measurement, a plane to which the center coordinates of the three spheres belong is set as a virtual reference plane, a line segment passing through the centers of the two spheres of the columnar sphere group is set as a reference axis, and one of the columnar sphere groups is also set. Set the center of the sphere as the coordinate origin. As described above, the gauge coordinate system is set by the two columnar sphere groups and one independent sphere.
[0011]
Next, in a third procedure, a plurality of spheres and independent spheres of the group of spheres are measured with a probe of a multidimensional coordinate measuring machine. At this time, the center coordinates, dimensions, shape, and the like of each sphere are calculated. The measurement of the columnar sphere group is performed by a gauge coordinate system.
[0012]
Next, using the reference axis of the gauge coordinate system set in the second procedure, the calibration gauge is inverted about an axis parallel to the reference axis. After the calibration gauge is inverted, the calibration gauge is positioned so that a plurality of columnar sphere groups are aligned in parallel with any one of the mechanical axes of the multi-dimensional coordinate measuring machine. By reversing the calibration gauge, the center coordinates of each sphere of the calibration gauge can be measured using the so-called reversal method, and the performance evaluation can be performed on the straightness and perpendicularity of the multi-dimensional coordinate measuring machine. .
[0013]
Next, in the fifth procedure, the columnar sphere group and the independent sphere of the calibration gauge after inversion are measured by the probe of the multidimensional coordinate measuring machine, and the center coordinates are calculated. At this time, for example, as in the second procedure, the center coordinates of the two spheres of the columnar sphere group and the center coordinates of the independent spheres are calculated. By the measurement, the plane to which the three central coordinates belong is set again as a virtual reference plane, and a line segment passing through the centers of the two spheres of the columnar sphere group is set again as the reference axis. In addition, the center of one sphere of the line sphere group is set again as the coordinate origin. As described above, the inverted gauge coordinate system is set by the two spheres and one independent sphere of the columnar sphere group.
[0014]
Next, in a sixth procedure, a plurality of spheres and independent spheres of the columnar sphere group are measured by the probe of the multidimensional coordinate measuring machine. At this time, as in the third procedure, the center coordinates, dimensions, shape, and the like of each sphere are calculated. The measurement of the columnar sphere group is performed by a gauge coordinate system.
[0015]
Before and after the inversion, each sphere of the calibration gauge is measured by the probe of the multi-dimensional coordinate measuring machine, and then the center coordinates of each sphere are processed.
The scale error of one mechanical axis of the multidimensional coordinate measuring machine is evaluated by comparison with the calibration value of the center coordinate of each sphere of the columnar sphere group.
The straightness of the multi-dimensional coordinate measuring machine is evaluated by the maximum value of ½ of the difference in the distance in the direction perpendicular to the reference axis of the columnar sphere group before and after inversion, with reference to the gauge coordinate system.
The perpendicularity of the multi-dimensional coordinate measuring machine, for example, the perpendicularity of the X-axis to the Y-axis, is determined based on the gauge coordinate system, and a straight line passing through the origin and the center of the independent sphere before and after inversion is obtained. It is evaluated by ½ of the difference in angle.
[0016]
In addition to one of the machine axes of the machine coordinate system, for example, the X axis, and further with respect to another machine axis, for example, the Z axis, by repeating the above procedure, (1) the multi-dimensional coordinate measuring machine Evaluation of Z-axis scale error, (2) Evaluation of straightness in the X-axis direction of Z-axis motion of multi-dimensional coordinate measuring machine, and (3) X-axis motion and Z-axis motion of multi-dimensional coordinate measuring machine Squareness can be evaluated.
By evaluating the scale error, straightness, and squareness for all the mechanical axes, the performance of the multi-dimensional coordinate measuring machine can be evaluated.
[0017]
When performing the performance evaluation of the multidimensional coordinate measuring machine using the inversion method, it is preferable to invert the calibration gauge along the columnar sphere group.
Before and after the inversion, the center coordinates of each sphere of the columnar sphere group are measured, but the error becomes smaller as the distance between the center coordinates of each sphere of the columnar sphere group from the reference axis is shorter. That is, the error E is
E = A + L / K Formula (1)
A: Constant provided by the manufacturer
L: Measured length
K: dimensionless constant provided by the manufacturer
It is represented by
Therefore, by bringing the reversal axis of the calibration gauge and the reference axis as close as possible, L is minimized and the error can be kept small.
[0018]
The present invention also provides a calibration gauge. The calibration gauge of the present invention includes a block body having a surface perpendicular to the X axis, a surface perpendicular to the Y axis, and a surface perpendicular to the Z axis, and perpendicular to any of the X, Y, and Z axes. A plurality of columnar sphere groups provided so as to be substantially aligned along another axis, and one surface provided on a surface opposite to the surface on which the columnar sphere groups are provided. With independent spheres. Here, the X axis, the Y axis, and the Z axis are gauge coordinate systems.
[0019]
This calibration gauge is suitable for performance evaluation of a multi-dimensional coordinate measuring machine using the inversion method. On the surface of the block body perpendicular to one of the axes, the calibration gauge includes a group of spherical spheres on one side and an independent sphere on the other side.
When the inversion method is used, a virtual reference plane, a reference axis, and a coordinate origin are set. At this time, the minimum necessary information is three point coordinates. On the other hand, in order to use the inversion method, it is necessary to invert the calibration gauge itself with respect to an axis parallel to one mechanical axis of the multi-dimensional coordinate measuring machine, but it is more convenient to reduce the weight as much as possible. .
Taking these into consideration, in order to evaluate the scale error and the straightness, an aligned columnar sphere group and a sphere that sets a virtual reference plane on an axis orthogonal to the column of the columnar sphere group are provided. For example, by devising the shape of the block body so that the independent sphere can be supported, excess flesh of the block body can be removed and the weight of the calibration gauge can be reduced.
[0020]
For example, a semicircular or triangular block body can be considered in plan view. However, since the calibration gauge is placed in various postures on the multidimensional coordinate measuring machine, stability must also be taken into consideration. As one configuration, the calibration gauge can be a hollow rectangular parallelepiped. In such a configuration, since the hollow portion has been removed, it is easy to invert the calibration gauge on the multi-dimensional coordinate measuring machine when evaluating the multi-dimensional coordinate measuring machine using the inversion method. In addition to the above, it is possible to stably place the surface on a multi-dimensional coordinate measuring machine by forming a flat surface perpendicular to an axis orthogonal to any one of the axes.
[0021]
Further, as another configuration, the calibration gauge has an L shape in plan view, and a columnar sphere group is provided on the surface of the long side of the L shape, and an independent sphere is provided on the tip surface of the lower side. It is preferable that
By doing this, for example, by providing a group of spherical spheres and independent spheres on the surface perpendicular to the X axis, and forming the surface perpendicular to the other axes flat, the calibration gauge can be reduced in weight and easy to handle. In addition, the calibration gauge can be stably mounted using the surfaces of the Y-axis and the Z-axis.
In particular, by using an L-shaped calibration gauge, the calibration gauge can be inverted with the columnar sphere group array as the inversion axis, and the value of L in equation (1) can be minimized. A coordinate measuring machine can be evaluated.
[0022]
Further, when using the inversion method, it is preferable to configure a surface perpendicular to the other axis of the block body as a support surface for supporting three points on the measurement table of the multi-dimensional coordinate measuring machine.
Specifically, when a calibration gauge is placed on the table by forming a surface other than the surface on which the group of spherical spheres and independent spheres are provided as a flat support surface, a jig is further used. Thus, when positioning the calibration gauge on the table, it becomes easy to position the calibration gauge at a predetermined position.
[0023]
In the present invention, it is further preferable that the columnar sphere group and / or the independent sphere is detachably attached to the block body.
When a multidimensional coordinate measuring machine is evaluated using a calibration gauge, wear and scratches may occur in the arrayed sphere group and the independent sphere. Such wear and scratches affect the evaluation accuracy. Therefore, the accuracy of the calibration gauge can be restored by adopting a structure in which the arrayed sphere group and / or the independent sphere can be exchanged.
[0024]
The present invention also provides a support jig suitable for reversing the calibration gauge. The support jig includes a block body having a surface perpendicular to the X axis, a surface perpendicular to the Y axis, and a surface perpendicular to the Z axis, and a block perpendicular to any of the X, Y, and Z axes. A jig used in combination with a multidimensional coordinate measuring machine calibration gauge having a sphere provided on one and the other of the body surface,
A first base facing a first surface perpendicular to an axis orthogonal to any of the axes, and a second base facing a second surface perpendicular to another axis orthogonal to any of the axes The calibration gauge is positioned in contact with the first base and the second base.
[0025]
In particular, when the calibration gauge is L-shaped, the support jig includes a base for positioning a row of spheres provided along the long side of the block body along the center line of the support jig. It is preferable.
[0026]
In this way, it is easy to position the multidimensional coordinate measuring machine using the two surfaces of the calibration gauge, and in particular, the columns of the columnar sphere group are substantially matched before and after inversion. This is useful when evaluating a coordinate measuring machine.
[0027]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS An embodiment of a calibration gauge for a multidimensional coordinate measuring machine and an evaluation method for the multidimensional coordinate measuring machine according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The multi-dimensional coordinate measuring machine includes a two-dimensional coordinate measuring machine, a three-dimensional coordinate measuring machine, a so-called 2.5-dimensional coordinate measuring machine, and the like. In addition, when classified according to the coordinate system used, the 3D coordinate measuring machine has an orthogonal coordinate type 3D coordinate measuring machine that measures the object to be measured in an orthogonal coordinate system by moving a table or the like, and cylindrical polar coordinates that are measured using a polar coordinate system. There are three-dimensional coordinate measuring machines. There is also an articulated three-dimensional coordinate measuring machine having a structure for measuring an object to be measured from an arbitrary direction by moving an articulated arm. The present invention can be used in any multidimensional coordinate measuring machine. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail using an orthogonal coordinate type three-dimensional coordinate measuring machine.
[0028]
FIG. 1 shows an example of a three-dimensional coordinate measuring machine 10 evaluated by a calibration gauge. The three-dimensional coordinate measuring machine 10 includes a probe that moves relative to an object to be measured placed thereon. The three-dimensional coordinate measuring machine 10 shown in the figure includes a measurement table 14 on a base 12, a portal frame 16 attached to the base 12, and a lift shaft drive unit 18 attached to the portal frame 16. I have.
The measurement table 14 is movable in the Y axis direction with respect to the base 12. The portal frame 16 is fixed to the base 12 with high rigidity. The lifting / lowering axis drive unit 18 is movable in the X-axis direction with respect to the portal frame 16. The lifting / lowering shaft driving unit 18 includes a lifting / lowering shaft 20, and the lifting / lowering shaft 20 is movable in the Z-axis direction with respect to the lifting / lowering shaft driving unit 18.
A probe 22 is attached to the tip of the lifting shaft 20. The probe 22 moves relative to the object to be measured in a three-dimensional manner by moving the measurement table 14, the lifting / lowering axis driving unit 18 and the lifting / lowering axis 20. The X-axis, Y-axis, and Z-axis along which the 10 probes 22 of the three-dimensional coordinate measuring machine move are mechanical coordinate systems based on the three-dimensional coordinate measuring machine 10, and are a coordinate system for measuring a calibration gauge. Differentiated.
[0029]
FIG. 2 is an enlarged view of the lifting shaft 20 and the probe 22. The probe 22 is attached to the lifting shaft 20 via a joint 24. By changing the angle of the joint 24, the angle at which the probe 22 faces the object to be measured can be changed.
The probe 22 includes branch axes 22a and 22b extending in the X axis, Y axis, and Z axis of the machine coordinate system, and includes a measurement sphere at the tip of each branch axis. The moment when the measuring ball contacts the object to be measured is taken, and the coordinate value of the machine coordinate system of the reference scale built in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions is read using this moment as an electrical trigger.
[0030]
Here, the evaluation method of the three-dimensional coordinate measuring machine using the inversion method will be described. First, a calibration gauge is placed on the measurement table 14. The evaluation items are (1) scale error of each mechanical axis of the three-dimensional coordinate measuring machine, (2) straightness of each mechanical axis movement of the three-dimensional coordinate measuring machine, and (3) each machine of the three-dimensional coordinate measuring machine. The perpendicularity between the axes. When performing each evaluation, the calibration gauge is placed on the three-dimensional coordinate measuring machine in various postures.
For example, when evaluating the scale error in the X-axis direction, the straightness in the X-axis direction, and the perpendicularity between the X-axis and the Y-axis, the calibration gauge is placed on the measurement table 14 of the three-dimensional coordinate measuring machine 10. After placing in a predetermined posture, a virtual reference plane, a reference axis, and a coordinate origin are set, and each sphere of the calibration gauge is measured. After that, the calibration gauge is rotated 180 ° around the reversal axis that is substantially aligned with the row of spheres, the virtual reference plane, the reference axis, and the coordinate origin are set in the same manner, and each sphere of the calibration gauge is measured. Do.
[0031]
Therefore, first, the surface of the sphere is measured by the probe 22 of the three-dimensional coordinate measuring machine 10, and the center coordinates, dimensions, shape, etc. of the sphere are calculated. For example, when the row of spheres are aligned in the machine axis X direction, the measurement value is compared with a previously calibrated value (calibration value), thereby evaluating the scale error in the X axis direction. Further, by reversing the gauge around an inversion axis parallel to the mechanical axis X, measuring each sphere of the group of spheres and calculating the center coordinates, the straightness evaluation in the Y-axis direction of the X-axis motion and The straightness in the Z-axis direction of the X-axis motion and the perpendicularity of the X-axis motion and the Y-axis motion are evaluated.
Then, change the posture of the gauge and use the inversion method to evaluate the scale error in the Y-axis direction, evaluate the straightness of the Y-axis motion, evaluate the scale error in the Z-axis direction, and evaluate the straightness of the Z-axis motion. The perpendicularity evaluation of the Y-axis motion and the Z-axis motion and the perpendicularity evaluation of the Z-axis motion and the X-axis motion are performed.
[0032]
The present invention provides a calibration gauge suitable for evaluation using such an inversion method. FIG. 3 is a perspective view of an embodiment of a calibration gauge. The calibration gauge 26 has a structure in which a sphere 100 is attached to a block body 28.
In the present embodiment shown in FIG. 3, the block body 28 has an L shape. However, the block body may have a shape like a hollow rectangular parallelepiped. The calibration gauge 26 is made of a material having rigidity such as granite, cast iron, cast steel (for example, JIS G 5511: SCLE1) and a small linear expansion coefficient. Since these materials generally have a large specific gravity, parts such as the L-shaped calibration gauge 26 shown in FIG. 3 and the hollow rectangular parallelepiped calibration gauge are reduced in terms of handling. In particular, it is desirable that the meat is excised when using the inversion method.
On the other hand, since it is necessary to place the calibration gauge 26 on the three-dimensional coordinate measuring machine 10 in various postures, several surfaces are provided as described below.
[0033]
The block body 28 has a spherical body mounting surface 30 perpendicular to the Y-axis direction and placement surfaces 32 and 34 perpendicular to the X-axis direction and the Z-axis direction in the gauge coordinate system. In the calibration gauge 26 of the present embodiment, the sphere mounting surface 30 has a flat surface 30A that is perpendicular to the Y-axis direction outside the long side of the calibration gauge 26 and the tip side of the short piece of the calibration gauge 26 in the Y-axis direction. It consists of a flat surface 30B perpendicular to. The block body 28 of the present embodiment includes a disk-shaped mounting plate 32 a fixed to the block body 28 on the mounting surface 32. Although not shown, the block body 28 also includes a mounting plate on the mounting surface 34 perpendicular to the Z axis.
The placement surfaces 32 and 34 are used when placing the calibration gauge 26 in a predetermined posture on the three-dimensional coordinate measuring machine 10. When the calibration gauge 26 is mounted using a support pin or a jig, the mounting surface does not necessarily have to be strictly flat.
[0034]
The sphere 100 is attached to the sphere attachment surface 30. Of the spheres 100, the spheres 110, 111, 112, 113, 114 of the group of spheres are attached to the flat surface 30A. The independent sphere 120 of the spheres 100 is attached to the flat surface 30B.
As the material of the sphere 100, for example, ceramics, steel, or the like is used. It is preferable to use the ceramic sphere 100 under the requirement that it does not rust easily.
[0035]
Each of the spheres 110 to 114 and the independent sphere 120 of the row of spheres is fixed to a rectangular base 130. The base 130 is fixed to the block body 28 with screws or the like. After each sphere is fixed to the block body 28, the center coordinates, dimensions, shape, and the like of the columnar sphere group are priced by measuring means for calibration.
In this way, by configuring the sphere 100 so as to be detachable, the sphere 100 can be easily replaced when the sphere is worn or damaged. Note that, after the replacement of the sphere, the coordinates and the like are again assigned.
A large number of screw holes 35 are formed in the spherical body mounting surface 30 of the block body 28. By doing so, the sphere 100 and the base 130 can be attached to desired positions. By changing the position of the sphere 100, a multi-dimensional coordinate measuring machine having various measurement ranges can be evaluated using the calibration gauge of the present invention.
[0036]
FIG. 4 shows another type of calibration gauge. The calibration gauge 26 'shown in FIG. 4 has a calibration gauge 26' mounting support pin 36 attached to the mounting surface 32 'in the Y-axis direction and calibrated on the mounting surface 34' in the Z-axis direction. The support pin 37 for mounting the gauge 26 'is mounted. The support pins 36 and 37 are attached at positions where the deflection due to the weight of the calibration gauge 26 'is reduced.
[0037]
Each of the spheres 110 to 114 and the independent sphere 120 of the row of spheres is fixed to a rectangular base 130. The base 130 is fixed to the block body 28 with bolts or the like. After each sphere is fixed to the block body 28, the center coordinates, dimensions, shape, etc. of the columnar sphere group are priced by measuring means for calibration.
In this way, by configuring the sphere 100 so as to be detachable, the sphere 100 can be easily replaced when the sphere is worn or damaged. Note that, after the replacement of the sphere, the coordinates and the like are again assigned.
A large number of screw holes 35 are formed in the spherical body mounting surface 30 of the block body 28. By doing so, the sphere 100 and the base 130 can be attached to desired positions. By changing the position of the sphere 100, a multi-dimensional coordinate measuring machine having various measurement ranges can be evaluated using the calibration gauge of the present invention.
[0038]
5 to 7 show other types of calibration gauges. The calibration gauge 226 has a structure in which a sphere is attached to a bottomed hollow rectangular parallelepiped block 228. The calibration gauge 226 of the present embodiment is made light in weight by making it hollow so as to evaluate the coordinate measuring machine using the inversion method.
The block body 228 of the calibration gauge 226 has a spherical body mounting surface 230 perpendicular to the Y-axis direction and mounting surfaces 232 and 234 perpendicular to the X-axis direction and the Z-axis direction. Each of the mounting surfaces 232 and 234 includes support pins 336 and 337 for mounting the calibration gauge 26 in a predetermined posture on the three-dimensional coordinate measuring machine 10. In the mounting surface 232, a plurality of lightening holes 340 are formed, and the weight of the block body 228 is reduced.
[0039]
The sphere is attached to the sphere attachment surface 230. Among the spheres, the respective spheres 210, 211, 212, 213, 214 of the group of spheres are attached to one flat sphere attachment surface 230. Of the spheres, the independent sphere 220 is attached to the other flat sphere attachment surface 230. The material of the block body and the material of the sphere are the same as those in the above-described embodiment.
The independent sphere 210 does not need to correspond to the sphere 210 at the end of the line sphere group, and may be provided around the center of the sphere mounting surface corresponding to the center sphere 212, for example.
[0040]
FIG. 8 shows a support jig 38 for the calibration gauge 26 '. The support jig 38 is suitable for evaluating the three-dimensional coordinate measuring machine 10 by the inversion method using the L-shaped calibration gauge 26 '. The support jig 38 is suitable for positioning the L-shaped calibration gauge 26 'in the lying posture and the standing posture, and the calibration gauge 26 along the rows of the columnar sphere group of the L-shaped calibration gauge 26'. Suitable for inverting '.
The support jig 38 has a shape in which jig bases 40 and 42 each having a flat surface perpendicular to two axes are bent at a right angle in the gauge coordinate system. Instead of these flat surfaces, pins may be provided so that the L-shaped calibration gauge 26 ′ is placed on the three-dimensional coordinate measuring machine in a predetermined posture.
A pair of arms 44 and 46 for positioning and fixing the L-shaped calibration gauge 26 ′ are attached to the jig base 40. Positioning pins 44 ′ with which the calibration gauge 26 ′ abuts are opposed to the pair of arms 44. In this jig 38, the calibration gauge 26 ′ is in contact with the positioning pin 44 ′, so that the columnar sphere group is positioned in substantially the same column before and after inversion. The pair of arms 46 includes fixing screws 48 and 50. The fixing screws 48 and 50 are provided to fix the calibration gauge 26 'after positioning to the jig. The arms 44 and 46 are configured to be easily attached to and detached from the jig base 40, and the arm on the side not used for positioning the calibration gauge 26 'is normally removed during the sphere measurement.
[0041]
9 to 11 show the support jig 38 in a state where the L-shaped calibration gauge 26 'is fixed. The L-shaped calibration gauge 26 'is positioned so that the support pins on the mounting surface come into contact with the jig bases 40 and 42, respectively. By bringing the L-shaped calibration gauge 26 ′ into contact with the jig bases 40, 42 and the arms 44, 46 of the support jig 38, before and after the L-shaped calibration gauge 26 ′ is inverted, the columnar sphere group Are located on substantially the same line segment. Further, the support jig 38 has a shape in which excess meat is cut out so as to follow the shape of the L-shaped calibration gauge 26 ′.
[0042]
Hereinafter, an evaluation method of the three-dimensional coordinate measuring machine 10 will be described. A support jig 38 is placed on the measurement table 14 of the three-dimensional coordinate measuring machine 10 in a lying posture as shown in FIGS. The calibration gauge 26 'is positioned in one direction when the support pin 37 contacts the jig base 42, and is positioned in the other direction when the positioning pin 44' contacts the calibration gauge 26 '. The Thereafter, the calibration gauge 26 ′ is fixed to the jig by the fixing screws 48 and 50.
[0043]
FIG. 12 shows a state in which the L-shaped calibration gauge 26 ′ is placed so that the respective spheres 110... Of the row sphere group are aligned in the X-axis direction of the machine coordinate system. In FIG. 9, members such as support pins are omitted.
[0044]
First, a virtual reference plane and a reference axis are set. Therefore, the spheres 110 and 114 and the independent sphere 120 positioned at the end of the columnar sphere group are measured by the probe 22 of the three-dimensional coordinate measuring machine 10, and the center coordinates, dimensions, shapes, and the like are calculated. However, the sphere to be measured does not have to be the end of the line sphere group.
In the measurement of each sphere, the probe 22 is brought into contact with each sphere, and the center coordinates are usually determined from the measurement values of five points (four points on the equator of the sphere and one point on the pole). Thus, the virtual reference plane and the reference axis are geometrically set from the center coordinates of the three spheres. When using the L-shaped calibration gauge 26 ′ of the present embodiment, the center coordinates of the sphere 110 at the end of the row sphere group are set as the origin.
[0045]
After the virtual reference plane and the reference axis are set, the respective spheres 110, 111, 112, 113, 114 of the columnar sphere group are measured in the gauge coordinate system. The measurement is preferably performed multiple times.
[0046]
Next, the L-shaped calibration gauge 26 ′ is inverted by 180 ° on the support jig 38. As shown by the phantom line in FIG. 12, the reversal axis of the L-shaped calibration gauge 26 ′ is substantially coincident with the reference axis passing through the sphere 110 at the end of the row sphere group serving as the origin. After the reversal operation, the L-shaped calibration gauge 26 'measures the center coordinates of the three spheres by the same procedure. Thereby, the virtual reference plane and the reference axis after the inversion are newly set.
Thereafter, in the gauge coordinate system, the center coordinates, dimensions, and shapes of the respective spheres 110, 111, 112, 113, 114 of the columnar sphere group are measured. Similarly, the measurement is preferably performed a plurality of times.
[0047]
After measuring each sphere, first, the scale error in the X-axis direction of the machine coordinate system is evaluated. The measurement results are obtained by X1, X2, X3, and X4, and these measurement results are compared with the calibration values of the calibration gauge 26 ′. By this comparison, the scale error in the X-axis direction of the three-dimensional coordinate measuring machine 10 is evaluated.
[0048]
Next, the straightness of the X-axis motion is evaluated. Before and after the inversion, a Y coordinate value corresponding to ½ of the difference in distance from the reference axis is calculated from the measured value in the Y axis direction of each of the spheres 110 to 114 in the columnar sphere group.
FIG. 13 shows the Y values of the center coordinates of the sphere 110-114 before inversion as P0 ′, P1 ′, P2 ′, P3 ′, and P4 ′, and the Y values of the center coordinates of the sphere 110-114 after inversion are P0. ", P1", P2 ", P3", P4 ". Y coordinate values corresponding to 1/2 of the difference in distance from the reference axis of the center point of each sphere 110-114 are P0, P1. , P2, P3, and P4. Since P0 ′ and P0 ″ are set as points on the reference axis in the gauge coordinate system, the value of P0 is 0.
The straightness in the Y direction of the X-axis motion is evaluated by the maximum value δ of the distance between the two straight lines when the points P0 to P4 are sandwiched between two straight lines parallel to the reference axis X.
Further, in the evaluation of the straightness of the X-axis motion, FIG. 13 illustrates the measured values in the Y-axis direction, but the center coordinates of each sphere of the columnar sphere group are not only in the Y-axis direction but also in the Z-axis direction. Has a value. Therefore, the straightness in the Z direction of the X-axis motion is also evaluated at the same time.
[0049]
Next, the perpendicularity between the X axis and the Y axis of the L-shaped calibration gauge 26 ′ is evaluated.
As shown in FIG. 14A, an angle θ ′ formed by a straight line passing through the center coordinate P0 ′ of the sphere 110 serving as the origin of the coordinate system and the center coordinate Pr ′ of the independent sphere 120 and the reference axis is obtained. As shown in FIG. 14B, after the calibration gauge is inverted, similarly, the angle θ ″ formed by the straight line passing through the center coordinate P0 ″ of the origin sphere 110 and the center coordinate Pr ″ of the independent sphere 120 and the reference axis. (Θ′−θ ″) / 2 is obtained from the obtained angles θ ′ and θ ″, and thereby the squareness of the X-axis motion and the Y-axis motion is evaluated.
[0050]
Next, the support jig 38 is rotated by 90 ° on the measurement table 14, and the L-shaped calibration gauge 26 'is positioned so that the sphere rows of the row sphere group are aligned along the Y axis. After fixing the L-shaped calibration gauge 26 ′ to the support jig 38 and setting the virtual reference plane and the reference axis before and after the inversion, the sphere 110 at the end of the row sphere group is used as the origin and the row of the row sphere group is set. The center coordinates, dimensions, shape, and the like of each sphere are measured by the probe 22 and calculated. Thereby, the evaluation of the scale error of the Y-axis of the machine coordinate system, the evaluation of the straightness of the Y-axis motion in the X-axis direction, the evaluation of the straightness of the Y-axis motion in the Z-axis direction, the Y-axis motion and the Z-axis motion. Can be evaluated.
[0051]
Further, the support jig 38 is placed in a standing posture as shown in FIG. By this procedure, the Z-axis scale error of the machine coordinate system, the straightness of the Z-axis motion in the X-axis direction, the straightness of the Z-axis motion in the Y-axis direction, the Z-axis motion and the X-axis motion are evaluated. Squareness can be evaluated.
Thereafter, the support jig 38 is rotated by 90 °, and the center coordinates and the like of the row sphere group are measured in the same procedure. By this procedure, the Z-axis scale error of the machine coordinate system, the straightness of the Z-axis motion in the X-axis direction, the straightness of the Z-axis motion in the Y-axis direction, the Z-axis motion and the Y-axis motion are evaluated. Squareness can be evaluated.
In addition, since each evaluation overlaps with the attitude | positions of the calibration gauge, it is not necessary to measure all the evaluation items.
[0052]
In particular, at the time of inversion, by approximating the line segment and the inversion axis of each sphere column of the columnar sphere group, the measured length L becomes a small value as shown in Equation (1), and straight The error in degrees and perpendicularity can be kept small.
[0053]
【The invention's effect】
As described above in detail, the present invention provides a block body by providing a columnar sphere group and independent spheres in a specific configuration when evaluating a multidimensional coordinate measuring machine using an inversion method. Excessive meat can be excised to reduce the weight. This makes the handling very convenient when the calibration gauge is inverted.
Furthermore, since the spheres to be measured can be set at arbitrary intervals by making the spheres detachable, the number of spheres and the positions of the spheres can be set according to the measurable range of the coordinate measuring machine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing the whole of an orthogonal three-dimensional coordinate measuring machine.
FIG. 2 is an enlarged perspective view of a probe of the coordinate measuring machine of FIG.
FIG. 3 is a perspective view of an embodiment of a calibration gauge.
FIG. 4 is a perspective view of another embodiment of a calibration gauge.
FIG. 5 is a top view of still another embodiment of a calibration gauge.
6 is a front view of the calibration gauge of FIG. 5. FIG.
7 is a bottom view of the calibration gauge of FIG. 5. FIG.
FIG. 8 is a perspective view of a support jig for positioning a calibration gauge.
FIG. 9 is a perspective view of a support jig on which a calibration gauge is placed.
FIG. 10 is a plan view of a support jig on which a calibration gauge is placed.
FIG. 11 is a side view of a support jig on which a calibration gauge is placed.
FIG. 12 is a diagram illustrating a method for evaluating a scale error of a multidimensional coordinate measuring machine.
FIG. 13 is a diagram illustrating a method for evaluating straightness of a multidimensional coordinate measuring machine.
FIG. 14 is a diagram for explaining a squareness evaluation method of a multidimensional coordinate measuring machine.
[Explanation of symbols]
10 Orthogonal 3D coordinate measuring machine (multi-dimensional measuring machine)
12 base
14 Measurement table
16 Portal frame
18 Lifting shaft drive
20 Lifting shaft
22 Probe
22a, 22b Branch axis
24 joints
26, 26 'Calibration gauge
28 blocks
30 Sphere mounting surface
32, 34, 32 ', 34' mounting surface
32a Mounting plate
35 Screw hole
36 Support Pin
37 Support pin
38 Support jig
40, 42 Jig base
44, 46 arms
44 'Locating pin
48, 50 fixing screw
100 spheres
110-114 columnar sphere group
120 Independent sphere

Claims

被測定物に対してＸ，Ｙ及びＺ座標値を相対的に明らかにすることができるように構成された多次元座標測定機の性能評価方法であって、
Ｘ軸に垂直な表面、Ｙ軸に垂直な表面及びＺ軸に垂直な表面を備えたブロック体のいずれかの軸に垂直な表面に設けられて、他の軸に沿って実質的に整列するように設けられた複数の列状球体群と、前記列状球体群が設けられた前記表面の反対側の表面に設けられた１つの独立球体とを備えた校正用ゲージを、前記列状球体群が前記多次元座標測定機の前記他の軸に平行に整列するように前記校正用ゲージを位置決めする第１の手順と、
前記列状球体群及び前記独立球体により仮想基準平面を設定するとともに、前記列状球体群により基準軸及び座標原点を設定する第２の手順と、
前記列状球体群の各球体を多次元座標測定機により測定する第３の手順と、
前記基準軸と平行な軸を中心に前記校正用ゲージを反転させ、前記校正用ゲージを、前記列状球体群が前記多次元座標測定機の機械軸の前記他の軸に平行に整列するように前記校正用ゲージを位置決めする第４の手順と、
前記列状球体群及び前記独立球体により反転後の仮想基準平面を設定するとともに、前記列状球体群により反転後の基準軸及び座標原点を設定する第５の手順と、
前記列状球体群の各球体を多次元座標測定機により測定する第６の手順とを順次行うことを特徴とする、多次元座標測定機の性能評価方法。A method for evaluating the performance of a multidimensional coordinate measuring machine configured to be able to clarify X, Y and Z coordinate values relative to an object to be measured,
Provided on a surface perpendicular to any axis of the block body with a surface perpendicular to the X axis, a surface perpendicular to the Y axis, and a surface perpendicular to the Z axis, and substantially aligned along the other axis A calibration gauge comprising a plurality of columnar sphere groups provided as described above and a single independent sphere provided on a surface opposite to the surface on which the columnar sphere group is provided. First positioning the calibration gauge such that a group is aligned parallel to the other axis of the multi-dimensional coordinate measuring machine;
A second procedure for setting a virtual reference plane by the columnar sphere group and the independent sphere, and setting a reference axis and a coordinate origin by the columnar sphere group;
A third procedure for measuring each sphere of the array of spheres with a multidimensional coordinate measuring machine;
The calibration gauge is inverted about an axis parallel to the reference axis, and the calibration gauge is aligned so that the columnar sphere group is parallel to the other axis of the mechanical axis of the multi-dimensional coordinate measuring machine. A fourth procedure for positioning the calibration gauge in
A fifth procedure for setting a virtual reference plane after inversion by the columnar sphere group and the independent sphere, and setting a reference axis and coordinate origin after inversion by the columnar sphere group;
A method for evaluating the performance of a multidimensional coordinate measuring machine, comprising sequentially performing a sixth procedure of measuring each sphere of the row of spherical spheres with a multidimensional coordinate measuring machine.

機械軸の他の軸に関連して、第１の手順乃至第６の手順を行うことを特徴とする、請求項１記載の多次元座標測定機の性能評価方法。The method for evaluating the performance of a multi-dimensional coordinate measuring machine according to claim 1, wherein the first to sixth procedures are performed in relation to the other axis of the machine axis.

複数の列状球体群に沿って校正用ゲージを反転させる、請求項１又は２記載の多次元座標測定機の性能評価方法。The multidimensional coordinate measuring machine performance evaluation method according to claim 1 or 2, wherein the calibration gauge is inverted along a plurality of columnar sphere groups.

Ｘ軸に垂直な表面、Ｙ軸に垂直な表面及びＺ軸に垂直な表面を備えたブロック体と、
Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸のいずれかの軸に垂直な表面において、他の軸に沿って実質的に整列するように設けられた複数の列状球体群と、前記列状球体群が設けられた前記表面の反対側の表面に設けられた１つの独立球体とを有する、
多次元座標測定機校正用ゲージ。A block body having a surface perpendicular to the X axis, a surface perpendicular to the Y axis, and a surface perpendicular to the Z axis;
A plurality of columnar sphere groups provided so as to be substantially aligned along other axes on a surface perpendicular to any of the X, Y, and Z axes, and the columnar sphere group are provided A single independent sphere provided on the surface opposite to the provided surface,
Multi-dimensional coordinate measuring machine calibration gauge.

前記ブロック体を中空の直方体としたことを特徴とする、請求項４記載の多次元座標測定機校正用ゲージ。The multi-dimensional coordinate measuring machine calibration gauge according to claim 4, wherein the block body is a hollow rectangular parallelepiped.

前記ブロック体の形状を平面視においてＬ字形とし、該Ｌ字形の長辺の表面に列状球体群が設けられ、下辺の先端表面に独立球体が設けられていることを特徴とする、請求項４記載の多次元座標測定機校正用ゲージ。The shape of the block body is L-shaped in a plan view, a group of spherical spheres are provided on the surface of the long side of the L-shape, and independent spheres are provided on the tip surface of the lower side. 4. The multidimensional coordinate measuring machine calibration gauge according to 4.

前記ブロック体の他の軸に垂直な表面を、それぞれ多次元座標測定機の測定テーブル上に三点支持するための支持面として構成したことを特徴とする、請求項４乃至請求項６のいずれかに記載の多次元座標測定機校正用ゲージ。The surface perpendicular to the other axis of the block body is configured as a support surface for supporting three points on a measurement table of a multi-dimensional coordinate measuring machine, respectively. Gauge for multi-dimensional coordinate measuring machine calibration described in Crab.

前記列状球体群及び／又は前記独立球体が前記ブロック体に対して着脱自在であり、予め設定した任意の間隔で調整できることを特徴とする、請求項４記載の多次元座標測定機校正用ゲージ。5. The multi-dimensional coordinate measuring machine calibration gauge according to claim 4, wherein the columnar sphere group and / or the independent sphere is detachable from the block body and can be adjusted at an arbitrary interval set in advance. .

Ｘ軸に垂直な表面、Ｙ軸に垂直な表面及びＺ軸に垂直な表面を備えたブロック体と、
Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸のいずれかの軸に垂直なブロック体の表面の一方及び他方に設けられた球体を有する多次元座標測定機校正用ゲージとの組合せで用いられる治具であって、
前記いずれかの軸と直交する軸に垂直な第１の表面に対向する第１のベースと、前記いずれかの軸と直交する他の軸に垂直な第２の表面に対向する第２のベースとを備え、
前記校正用ゲージが前記第１のベース及び第２のベースに対して当接して位置決めされる、
多次元座標測定機の校正用ゲージの支持治具。A block body having a surface perpendicular to the X axis, a surface perpendicular to the Y axis, and a surface perpendicular to the Z axis;
A jig used in combination with a multi-dimensional coordinate measuring machine calibration gauge having a sphere provided on one and the other of the surfaces of a block body perpendicular to any of the X, Y and Z axes. ,
A first base facing a first surface perpendicular to an axis orthogonal to any of the axes, and a second base facing a second surface perpendicular to another axis orthogonal to any of the axes And
The calibration gauge is positioned in contact with the first base and the second base;
Support jig for calibration gauge of multi-dimensional coordinate measuring machine.

前記ブロック体の形状を平面視においてＬ字形とし、該Ｌ字形の長辺の表面に列状球体群が設けられ、下辺の先端表面に独立球体が設けられており、
前記支持治具が、前記ブロック体の長辺に沿って設けられた球体の列を当該支持治具の中心線に沿って位置決めするベースを備えている、請求項９記載の支持治具。The shape of the block body is L-shaped in plan view, a group of spherical spheres is provided on the surface of the long side of the L-shape, and an independent sphere is provided on the tip surface of the lower side,
The support jig according to claim 9, wherein the support jig includes a base for positioning a row of spheres provided along a long side of the block body along a center line of the support jig.