JP3396409B2 - Method and apparatus for measuring shape and size of work - Google Patents

Method and apparatus for measuring shape and size of work

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JP3396409B2
JP3396409B2 JP29115997A JP29115997A JP3396409B2 JP 3396409 B2 JP3396409 B2 JP 3396409B2 JP 29115997 A JP29115997 A JP 29115997A JP 29115997 A JP29115997 A JP 29115997A JP 3396409 B2 JP3396409 B2 JP 3396409B2
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measuring
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workpiece
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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、工作機械により加
工されたワークの形状寸法測定方法及び装置に関し、特
に測定子を有した測定ヘッドを主軸に装着してワークの
表面の座標値を直接的に三次元で測定し、そのとき、主
軸軸心に対する測定子中心の位置ずれ、つまり偏心と、
主軸の軸心方向において所定の基準位置に対する測定子
中心の位置ずれ、つまり偏差と、更には測定ヘッドの測
定子がワーク等の被測定物に接触してから測定信号を発
するまでの所定の接近方向、つまり法線方向に沿う押し
込み量に相当する押代とが不可避的に包含されていても
高精度にワークの形状寸法を測定することが可能なワー
クの形状寸法測定方法と装置とに関するものである。殊
に、本発明は、ワーク等の被測定物に対する接近方向、
つまり法線方向が三次元空間内で異なる毎に測定子の押
代が異なるような測定ヘッドを用いた場合にも高精度な
ワークの形状寸法測定を可能にするワークの形状寸法測
定方法と装置とに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and apparatus for measuring the shape and size of a work machined by a machine tool, and in particular, a measuring head having a measuring element is mounted on a main shaft to directly determine the coordinate values on the surface of the work. In three dimensions, at that time, the displacement of the probe center with respect to the spindle axis, that is, eccentricity,
Positional deviation of the center of the tracing stylus with respect to a prescribed reference position in the axial direction of the main shaft, that is, deviation, and further, the prescribed approach from when the tracing stylus of the measuring head contacts the workpiece or other object to be measured until a measurement signal is issued. And method for measuring the shape and size of a work capable of measuring the shape and size of the work with high accuracy even if a pressing margin corresponding to the pushing direction along the direction, that is, the normal direction is unavoidably included Is. In particular, the present invention, the approach direction to the measured object such as a workpiece,
In other words, a work shape measuring method and device that enables highly accurate work shape measuring even when using a measuring head in which the pressing allowance of the probe differs each time the normal direction changes in the three-dimensional space. And about.

【0002】[0002]

【従来の技術】工作機械によるワークの加工、例えば、
三次元形状を有した金型曲面等の加工においては、ワー
ク加工工程の間にワークの三次元の形状寸法を測定して
ワークの加工状態を検出することにより、所望の形状寸
法に至る加工の進捗度合いや加工精度を把握すること
は、加工現場において一般的に実行されている。この場
合におけるワークの三次元形状寸法の測定においては、
都度、工作機械外の三次元測定機へワークを搬入して測
定を行っており、これでは測定機へのワークの設定が煩
瑣になり、また測定後に再びワークの加工を行う場合に
は、工作機械上へのワークの再設定にも手間取る等の不
利がある。従って、工作機械のテーブルに取着されたま
まのワークに対して、工作機械の主軸に工具と交換に測
定子を有した測定ヘッドを工具交換装置等で装着し、こ
の測定ヘッドを用いて上記テーブル上に取着されたまま
のワークの形状寸法を直接、測定することも効率的な方
法として通常、実行されている。
2. Description of the Related Art Machining of workpieces by machine tools, for example,
When machining a curved surface of a mold with a three-dimensional shape, the three-dimensional shape dimension of the workpiece is measured during the workpiece machining process to detect the machining state of the workpiece, and thus the machining to reach the desired geometric dimension can be performed. Grasping the degree of progress and processing accuracy is generally performed at the processing site. In the measurement of the three-dimensional shape dimension of the work in this case,
Each time, the work is carried in to the three-dimensional measuring machine outside the machine tool for measurement, which makes setting of the work on the measuring machine complicated, and when machining the work again after the measurement, There is also a disadvantage that it takes time to reset the work on the machine. Therefore, for a workpiece that is still attached to the table of the machine tool, a measuring head having a measuring element for exchanging the tool and the tool is attached to the spindle of the machine tool by a tool exchanging device or the like, and using the measuring head, Direct measurement of the geometry of the work as it is mounted on the table is also commonly performed as an efficient method.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】然るに、工作機械のみ
ならず、工作機械外の三次元測定機等の主軸に測定ヘッ
ドを装着してワークの形状寸法の測定を行うときには、
機械要素間の機械的な係合に伴う不可避的要因として測
定ヘッドの測定子中心と主軸軸心との間には偏心、偏差
等が発生する。ところが、主軸の軸心に対して測定ヘッ
ドの測定子の中心を三次元方向(X,Y,Z軸方向)に
正しく位置決めし、測定子中心が主軸軸心に対して偏
心、偏差のない状態を実現させてから測定を実行しない
と、測定子の中心がワーク表面における測定目標位置か
らずれた位置の測定をすることになり、工作機械や測定
機が有するスケールや送り機構が有するエンコーダ等の
高精度の位置決め機能等を駆使しても、結局、高精度の
形状寸法の測定を行うことは不可能となる。このため
に、従来は、例えば工作機械の主軸に測定ヘッドを装着
してワークの形状寸法の測定を行う場合には、測定ヘッ
ドの装着時に、工作機械上のベッド等に取着したインジ
ケータ等で測定ヘッドが有する測定子の中心を主軸軸心
に位置合わせする所謂、心出し作業を行ってから、ワー
クの形状寸法の測定を実行する方法が採られていた。
However, when the measuring head is mounted on the spindle of not only the machine tool but also the three-dimensional measuring machine outside the machine tool, the shape and dimension of the workpiece must be measured.
As an unavoidable factor associated with mechanical engagement between mechanical elements, eccentricity, deviation, etc. occur between the center of the measuring element of the measuring head and the axis of the spindle. However, the center of the measuring element of the measuring head is correctly positioned in the three-dimensional direction (X, Y, Z-axis directions) with respect to the axis of the spindle, and the center of the measuring element has no eccentricity or deviation with respect to the axis of the spindle. If the measurement is not performed after realizing, the position of the center of the contact point will deviate from the measurement target position on the work surface, and the scale of machine tools and measuring machines and encoders of the feed mechanism Even if a high-precision positioning function is used, it is impossible to measure the shape and dimension with high accuracy. For this reason, conventionally, for example, when the measuring head is mounted on the spindle of a machine tool to measure the shape and size of a workpiece, an indicator or the like attached to a bed or the like on the machine tool is used when the measuring head is mounted. A method has been adopted in which the so-called centering operation of aligning the center of the probe of the measuring head with the main axis of the spindle is performed, and then the shape and dimension of the workpiece are measured.

【0004】しかしながら、インジケータ等の既存の測
定器を用いる心合わせでは、測定ヘッド内部の遊びや測
定ヘッドの触圧に起因して高精度の心合わせを実現する
ことは困難であり、主軸軸心と測定子の中心との間には
不可避的にずれがあり、ワークの曲面測定時には、結
局、測定子は、ワーク曲面上の目標とする測定点からず
れた位置を測定することとなり、ワークの測定精度を低
下させる結果となっていた。
However, in alignment using an existing measuring instrument such as an indicator, it is difficult to achieve highly accurate alignment due to play inside the measuring head and contact pressure of the measuring head, and the spindle axis is There is an unavoidable deviation between the center of the contact point and the center of the contact point, and when measuring the curved surface of the workpiece, the contact point eventually measures a position on the curved surface of the workpiece that is offset from the target measurement point. This resulted in a decrease in measurement accuracy.

【0005】その上、複雑な形状をした金型曲面等のワ
ークの場合には、加工工程の間に一度ならず、このよう
なワーク形状寸法の測定が遂行されるために、形状寸法
の測定を実行することが極めて煩瑣になり、故に加工能
率の低下も来す結果となっていた。他方、例えば工作機
械の主軸に測定ヘッドを装着してワークの形状寸法の測
定を実行するにあたり、測定ヘッドの測定子がワークの
目標測定位置に機械的に接触して測定を遂行する接触式
の測定ヘッドや、測定子先端がワークの測定位置に接近
したときの例えば、電気容量変化やうず電流変化等の電
気量の変化から測定値を得る非接触式の測定ヘッドが用
いられるが、接触式測定子の場合には、測定位置に実際
に接触した時点から定方向に一定の押し込み量を経たと
き、接触を示す電気信号等の測定信号を発する構成を具
備し、また、非接触式測定子においても上述した電気量
変化が一定レベル、つまり一定の閾値に達するまでの接
近動作量を経過した時点で測定信号を発する構成を有す
る。このような押し込み量や接近動作量を総括的に以
下、押代と定義すると、測定ヘッドの測定子は、個々に
特有の押代を有することから、ワークの形状寸法の測定
にあたっては、個々の測定ヘッドの押代を求め、求めた
押代をワークの形状寸法測定値に補正処理を行って実際
の形状寸法を求める必要がある。
Moreover, in the case of a work having a complicated shape such as a curved surface of a die, since the measurement of the shape of the work is performed more than once during the machining process, the measurement of the shape is performed. It became extremely troublesome to carry out the process, resulting in a decrease in processing efficiency. On the other hand, for example, when a measuring head is mounted on the spindle of a machine tool to measure the shape and dimension of a workpiece, the contact point of the measuring head mechanically contacts the target measurement position of the workpiece to perform measurement. A non-contact type measuring head is used which obtains a measured value from a change in the amount of electricity such as a change in capacitance or a change in eddy current when the tip of the stylus approaches the measurement position of the workpiece. In the case of a stylus, it is equipped with a configuration that emits a measurement signal such as an electric signal indicating contact when a certain amount of pushing is performed in a fixed direction from the time of actual contact with the measurement position, and a non-contact stylus. Also in the above, the measurement signal is emitted when the above-described change in the amount of electricity reaches a constant level, that is, when the approaching motion amount until reaching a constant threshold value has elapsed. When the amount of pushing and the amount of approaching motion are collectively defined as a pressing margin, the contact point of the measuring head has a unique pressing margin. It is necessary to obtain the pressing margin of the measuring head, and to perform the correction process on the measured geometrical dimension of the workpiece to obtain the actual geometric dimension.

【0006】殊に、三次元測定機として実現されている
周知の高精度測定機の測定ヘッドの場合はともかく、一
般的に使用される比較的安価で低精度の測定ヘッドにお
いては、例えば、球形をしたその測定子がワーク等の被
測定物の表面の座標値を測定すべく、該表面に対して法
線方向に接近動作する際に、該表面における測定位置の
相違に応じて法線方向が異なる毎に異なった押代を持つ
不均一性を有し、複雑な曲線表面を有したワーク等の被
測定物に対しては、この押代の不均一性に起因した測定
誤差を混入し、測定結果に悪影響を及ぼすことが認識さ
れている。
Particularly in the case of a relatively inexpensive and low-precision measuring head which is generally used, for example, a spherical shape, aside from the measuring head of a well-known high-precision measuring machine realized as a three-dimensional measuring machine. When the contact point of the probe moves toward the surface of an object to be measured, such as a workpiece, in the direction of the normal line, the direction of the normal line depends on the difference in the measurement position on the surface. Has a non-uniformity with a different press allowance for each, and the measurement error due to this non-uniformity of the press allowance is mixed into the workpiece such as a work having a complicated curved surface. , Has been recognized to adversely affect measurement results.

【0007】そこで、三次元測定装置において測定プロ
ーブのワークとの接触方向の違いに応じて測定力が異
り、方向性を有する点をロービング特性として捉え、こ
れを改善する三次元測定方法が特公平6−63760号
に開示されている。この改善された三次元測定方法は、
基準球の表面を複数領域に分割し、各分割域に法線方向
から測定プローブを接触させて測定信号を検出すること
により測定値を求め、該測定値から形成される仮想球と
実際の基準球とから各分割面に対応した補正値を求めて
記憶しておき、次にワークを測定プローブによって測定
する際には、ワークに対する接触点における位置座標及
び移動方向を検出し、この移動方向と対応した上記基準
球測定時の移動方向(法線方向)に対応する補正値を読
み出し、この補正値によりワークを接触、測定した場合
の測定値を補正するようにした一手法を開示している。
しかしながら、この手法では、複雑な曲面形状を有した
ワークの場合に、基準球の分割域を限りなく細分化させ
て緻密な補正データを保持しなければ、実際にワークを
測定するときに、その測定方向に対応したロービング補
正値、つまり押代補正値を得ることが困難であり、記憶
容量の膨大化を招くという難点を有している。
Therefore, in the three-dimensional measuring device, a measuring force is different depending on the contact direction of the measuring probe with the work, and a point having directionality is regarded as a roving characteristic, and a three-dimensional measuring method for improving the characteristic is specified. It is disclosed in Japanese Patent Publication No. 6-63760. This improved 3D measurement method
The surface of the reference sphere is divided into a plurality of areas, the measurement value is obtained by detecting the measurement signal by contacting the measurement probe in the normal direction to each divided area, and the virtual sphere formed from the measurement value and the actual reference The correction value corresponding to each divided surface is obtained from the sphere and stored, and when the work is measured next by the measurement probe, the position coordinates and the moving direction at the contact point with respect to the work are detected, and the moving direction A method is disclosed in which a correction value corresponding to the moving direction (normal direction) at the time of measuring the corresponding reference sphere is read out, and the measurement value when the workpiece is contacted and measured is corrected by this correction value. .
However, in this method, in the case of a work having a complicated curved surface shape, if the divided area of the reference sphere is subdivided infinitely and precise correction data is not held, when the work is actually measured, the It is difficult to obtain the roving correction value corresponding to the measurement direction, that is, the pressing allowance correction value, and there is a problem that the storage capacity becomes huge.

【0008】よって、上述した従来の技術における諸々
の問題点に鑑みて、本発明の主目的は、主軸に装着され
た測定ヘッドの測定子を利用して被加工対象のワークの
形状寸法を測定する場合に、主軸軸心と測定子の中心と
の間に既述した偏心及び偏差ばかりでなく、不均一な押
代特性が既存しても高精度の測定結果を得ることが可能
なワークの形状寸法測定方法及び装置を提供せんとする
ものである。
Therefore, in view of various problems in the above-mentioned conventional technique, the main object of the present invention is to measure the shape and size of the workpiece to be processed by using the probe of the measuring head mounted on the spindle. In this case, in addition to the eccentricity and deviation described above between the spindle axis and the center of the contact point, it is possible to obtain highly accurate measurement results even if there is an uneven pressing margin characteristic. An object of the present invention is to provide a shape measuring method and apparatus.

【0009】本発明の他の目的は、測定方向の違いによ
って測定ヘッドの測定子が異なる押代を有し、殊に、測
定子を任意の一点から三次元空間内において無数に取っ
た接近方向ないし法線方向に沿って接近動作させる場合
に呈する押代特性が円滑な包絡曲面のみならず、変曲線
を有した不規則曲面を包絡面とするような場合でも、ワ
ークの形状寸法の測定を行う際に、測定ヘッドが接触
式、非接触式であるを問わず、ワークへの測定方向に対
応した測定子の押代を予め校正手段を用いて求めた該測
定子の押代データから簡単な演算手法によって求め、該
求めた押代によってワークの測定座標値を補正し、高精
度のワーク形状寸法の測定を実現することが可能なワー
クの形状寸法測定方法及び装置を提供することにある。
Another object of the present invention is that the measuring head of the measuring head has a different press allowance depending on the difference of the measuring directions, and in particular, the approaching direction in which the measuring element is taken infinitely in three-dimensional space from any one point. Or, the shape and dimension of the workpiece can be measured not only when the envelope characteristic is smooth when the approaching motion is performed along the normal direction, but also when the irregular curved surface with a curved line is used as the envelope surface. When performing, regardless of whether the measuring head is contact type or non-contact type, the press allowance of the probe corresponding to the measuring direction to the work is easily obtained from the press allowance data of the probe obtained by using the calibration means in advance. The present invention provides a method and apparatus for measuring the shape of a workpiece, which is capable of realizing highly accurate measurement of the shape of the workpiece by correcting the measured coordinate value of the workpiece by the calculated pressing allowance. .

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上述の発明の目的に鑑み
て、本発明は、ワークの表面の座標値を主軸に装着した
測定ヘッドの測定子によって測定するワークの形状寸法
測定方法において、既知寸法を有した所定の校正手段の
複数の校正用測定点へ向かう各法線方向に沿って前記測
定ヘッドの測定子を漸近移動させることにより前記測定
子の各法線方向での押代PLnを求め、前記求めた測定
ヘッドの測定子の各法線方向での押代PLnを前記各法
線方向と対応付けて記憶し、前記ワークの測定点の位置
及び前記測定点に対応した測定開始点の位置への移動指
令を含んで予め作成された測定手順に基づいて、前記主
軸と前記ワークとを相対移動させ、前記測定ヘッドの測
定子を前記測定開始点へ位置決めし、前記測定ヘッドの
測定子を前記測定開始点から前記測定点へ向かう法線方
向に沿って漸近移動させ、該測定点における測定信号を
受信したときの前記測定点の座標値(x,y,z)を検
出して、取り込み、前記測定点の近傍の複数の法線方向
を選定し、該選定した複数の法線方向に対応する複数の
前記記憶された押代から演算により前記ワークの測定時
の法線方向に応じた押代PLを求め、前記取り込まれた
測定点の座標値(x,y,z)に対して前記求めた押代
PLにより補正をした前記測定点の座標値(Hx,H
y,Hz)を求め、前記補正された測定点の座標値(H
x,Hy,Hz)から前記ワークの形状寸法の測定値を
演算するようにしたワークの形状寸法測定方法を提供す
るものである。
In view of the above-mentioned object of the present invention, the present invention is known in a method for measuring the shape and size of a workpiece, in which the coordinate values of the surface of the workpiece are measured by a probe of a measuring head mounted on a spindle. By asymptotically moving the tracing stylus of the measuring head along each normal direction toward a plurality of calibration measuring points of a predetermined calibrating means having dimensions, the pressing margin PLn in each normal direction of the tracing stylus is obtained. Obtained and stored the press allowance PLn in each normal direction of the probe of the measurement head obtained in association with each normal direction, the position of the measurement point of the workpiece and the measurement start point corresponding to the measurement point Based on a measurement procedure created in advance including a movement command to the position, the spindle and the workpiece are relatively moved, the probe of the measurement head is positioned at the measurement start point, and the measurement of the measurement head is performed. Measure the child The coordinate value (x, y, z) of the measurement point at the time of receiving the measurement signal at the measurement point is detected by the asymptotic movement along the normal direction from the starting point to the measurement point, and the measurement is performed. A plurality of normal directions near the point are selected, and a plurality of normal directions corresponding to the selected normal directions are selected.
From the stored press allowance, the press allowance PL corresponding to the normal direction at the time of measuring the workpiece is calculated, and the calculated press allowance is obtained with respect to the coordinate values (x, y, z) of the fetched measurement points. The coordinate values (Hx, H
y, Hz), and the coordinate value (H
(x, Hy, Hz) to provide a method for measuring the shape and size of a work by calculating the measured value of the shape and size of the work.

【0011】また、本発明は、ワークの表面の座標値を
主軸に装着した測定ヘッドの測定子によって測定するワ
ークの形状寸法測定方法において、前記主軸に装着され
た前記測定ヘッドの測定子の中心位置の座標値(x0,
0, z0)と前記主軸の軸心とのずれ分に当たる偏心量
(ΔX,ΔY)及び前記主軸の軸心方向における所定の
基準位置からのずれ分に当たる偏差量(ΔZ)を求め、
前記求めた偏心量(ΔX,ΔY)、偏差量(ΔZ)を記
憶し、既知寸法を有した所定の校正手段の複数の校正用
測定点に向かう各法線方向に沿って前記測定ヘッドの測
定子を漸近移動させることにより前記測定子の各法線方
向での押代PLnを求め、前記求めた測定ヘッドの測定
子の各法線方向での押代PLnを前記各法線方向と対応
付けて記憶し、前記ワークの測定点の位置及び前記測定
点に対応した測定開始点の位置への移動指令を含んで予
め作成された測定手順に基づいて、前記主軸と前記ワー
クとを相対移動させ、前記測定ヘッドの測定子を前記記
憶した偏心量(ΔX、ΔY)及び偏差量(ΔZ)を前記
測定開始点の位置に取り込んで求めた測定開始点へ位置
決めし、前記測定ヘッドの測定子を前記求めた測定開始
点から前記測定点へ向かう法線方向に沿って漸近移動さ
せ、該測定点における測定信号を受信したときの前記測
定点の座標値(x,y,z)を検出して、取り込み、前
記測定点の近傍の複数の法線方向を選定し、該選定した
複数の法線方向に対応する複数の前記記憶した押代から
演算により前記ワークの測定時の法線方向に応じた押代
PLを求め、前記取り込まれた測定点の座標値(x,
y,z)に対して前記求めた押代PLと前記記憶した偏
心量(ΔX,ΔY)及び偏差量(ΔZ)とにより補正し
た前記測定点の座標値(Hx,Hy,Hz)を求め、前
記補正された測定点の座標値(Hx,Hy,Hz)から
前記ワークの形状寸法の測定値を演算するようにしたワ
ークの形状寸法測定方法を提供するものである。
Further, according to the present invention, in the method for measuring the shape and size of a work, in which the coordinate values of the surface of the work are measured by the measuring head of the measuring head mounted on the main spindle, the center of the measuring head of the measuring head mounted on the main spindle is measured. Position coordinate value (x 0 ,
y 0 , z 0 ) and an eccentricity amount (ΔX, ΔY) corresponding to a deviation between the axis of the main shaft and a deviation amount (ΔZ) corresponding to a deviation from a predetermined reference position in the axial direction of the main shaft,
The eccentric amount calculated (ΔX, ΔY), and stores the deviation amount ([Delta] Z), the measurement of the measuring head along the normal direction toward the plurality of calibration measurement point of a predetermined calibration means having a known dimension The push allowance PLn in each normal direction of the probe is obtained by asymptotically moving the probe, and the obtained press allowance PLn in each normal direction of the probe of the measuring head is associated with each normal direction. Based on a measurement procedure created in advance that includes a movement command to the position of the measurement point of the work and the position of the measurement start point corresponding to the measurement point, and relatively moves the spindle and the work. , The measurement head of the measuring head is positioned at the measurement start point obtained by taking in the stored eccentricity amount (ΔX, ΔY) and deviation amount (ΔZ) at the position of the measurement start point, From the obtained measurement start point to the measurement point The coordinate values (x, y, z) of the measurement point when the measurement signal at the measurement point is received are moved asymptotically along the direction of the normal line and detected, and the plurality of values in the vicinity of the measurement point are acquired. A normal direction is selected, a pressing margin PL corresponding to the normal direction at the time of measuring the workpiece is calculated from the plurality of stored pressing margins corresponding to the selected plurality of normal directions, and the taken-in PL is fetched. Coordinate value (x,
For y, z), the coordinate value (Hx, Hy, Hz) of the measuring point corrected by the obtained pressing margin PL, the stored eccentricity amount (ΔX, ΔY) and the deviation amount (ΔZ) is obtained, The present invention provides a method for measuring the shape and size of a work, in which the measured value of the shape and size of the work is calculated from the coordinate values (Hx, Hy, Hz) of the corrected measurement points.

【0012】更に、本発明は、ワークの表面の座標値を
主軸に装着した測定ヘッドの測定子によって測定するワ
ークの形状寸法測定装置において、前記測定ヘッドの測
定子を既知寸法を有した所定の校正手段の複数の校正用
測定点へ向かう各法線方向に沿って漸近移動させること
により前記測定子の各法線方向での押代PLnを求める
校正用押代演算手段と、前記求めた測定ヘッドの測定子
の各法線方向での押代PLnを前記各法線方向と対応付
けて記憶する押代記憶手段と、前記ワークの測定点の位
置及び前記測定点に対応した測定開始点の位置への移動
指令を含んで予め作成された測定手順に基づいて、前記
主軸と前記ワークとを相対移動させ、前記測定ヘッドの
測定子を前記測定開始点へ位置決めし、かつ前記測定開
始点から前記測定点へ向かう法線方向に沿って漸近的に
測定移動せしめる測定子移動手段と、前記測定子移動手
段によって前記測定ヘッドの測定子を前記測定開始点か
ら前記測定点へ向かう法線方向に沿って漸近移動させ、
前記測定点における測定信号を受信したときの前記測定
点の座標値(x,y,z)を読み取る測定座標値読取り
手段と、前記測定点の近傍の複数の法線方向を選定し、
該選定した複数の法線方向に対応する複数の前記記憶さ
れた押代から前記ワークの測定時の法線方向に応じた押
代PLを求める測定用押代演算手段と、前記測定座標値
読取り手段によって読み取った前記測定点の座標値
(x,y,z)に対して、前記測定用押代演算手段で求
めた押代PLにより補正をした前記測定点の座標値(H
x,Hy,Hz)を求める補正座標値演算手段と、を具
備し、前記補正座標値演算手段によって補正した前記ワ
ークの測定点の座標値(Hx,Hy,Hz)から前記ワ
ークの形状寸法を演算、測定するように構成されたワー
クの形状寸法測定装置を提供するものである。
Further, the present invention is a work shape measuring apparatus for measuring coordinate values of a surface of a work by means of a measuring head of a measuring head mounted on a main shaft, wherein the measuring head of the measuring head has a predetermined dimension. A calibration pressing margin calculating means for determining a pressing margin PLn in each normal direction of the probe by asymptotically moving along each normal direction toward the plurality of calibration measurement points of the calibration means, and the obtained measurement. The pressing margin storage means for storing the pressing margin PLn in each normal direction of the head tracing element in association with each normal direction, and the position of the measurement point of the workpiece and the measurement start point corresponding to the measurement point. Based on a measurement procedure created in advance including a movement command to a position, the spindle and the workpiece are relatively moved, the probe of the measuring head is positioned at the measurement start point, and from the measurement start point. The measurement Measuring element moving means for asymptotically measuring and moving along the normal direction toward the measuring element, and the measuring element moving means moves the measuring element of the measuring head asymptotically along the normal direction from the measurement starting point to the measuring point. Move
Measuring coordinate value reading means for reading coordinate values (x, y, z) of the measuring point when a measuring signal at the measuring point is received, and a plurality of normal directions in the vicinity of the measuring point are selected,
A plurality of stored data corresponding to the selected plurality of normal directions
The pressing margin calculating means for obtaining the pressing margin PL corresponding to the normal direction at the time of measuring the workpiece from the pushed pressing margin, and the coordinate value (x, y, y) of the measuring point read by the measuring coordinate value reading means. z), the coordinate value (H) of the measurement point corrected by the pressing margin PL obtained by the measuring pressing margin calculating means.
x, Hy, Hz) for obtaining the coordinate value (Hx, Hy, Hz) of the measurement point of the workpiece corrected by the corrected coordinate value computing means. The present invention provides a work shape measuring device configured to calculate and measure.

【0013】また、本発明は、ワークの表面の座標値を
主軸に装着した測定ヘッドの測定子によって測定するワ
ークの形状寸法測定装置において、前記主軸に装着され
た前記測定ヘッドの測定子の中心位置の座標値(x0
0,z0)と前記主軸の軸心とのずれ分に当たる偏心量
(ΔX,ΔY)及び前記主軸の軸心方向における所定の
基準位置からのずれ分に当たる偏差量(ΔZ)を求める
偏心・偏差量演算手段と、前記偏心・偏差量演算手段で
求めた偏心量(ΔX,ΔY)及び偏差量(ΔZ)を記憶
する偏心・偏差量記憶手段と、前記測定ヘッドの測定子
を既知寸法を有した所定の校正手段の複数の校正用測定
点へ向かう各法線方向に沿って漸近移動させることによ
り前記測定子の各法線方向での押代PLnを求める校正
用押代演算手段と、前記校正用押代演算手段で求めた前
記測定ヘッドの測定子の各法線方向での押代PLnを前
記各法線方向と対応付けて記憶する押代記憶手段と、前
記ワークの測定点の位置及び前記測定点に対応した測定
開始点の位置への移動指令を含んで予め作成された測定
手順に基づいて、前記主軸と前記ワークとを相対移動さ
せ、前記測定ヘッドの測定子を前記測定開始点の位置に
前記偏心・偏差量記憶手段で記憶した偏心量(ΔX,Δ
Y)及び偏差量(ΔZ)を取り込んで求めた測定開始点
へ位置決めし、かつ前記求めた測定開始点から前記測定
点へ向かう法線方向に沿って漸近的に測定移動せしめる
測定子移動手段と、前記測定子移動手段によって前記測
定ヘッドの測定子を前記求めた測定開始点から前記測定
点へ向かう法線方向に沿って漸近移動させ、前記測定点
における測定信号を受信したときの前記測定点の座標値
(x,y,z)を読み取る測定座標値読取り手段と、前
記測定点の近傍の複数の法線方向を選定し、該選定した
複数の法線方向に対応する複数の前記押代記憶手段で記
憶した押代から前記ワークの測定時の法線方向に応じた
押代PLを求める測定用押代演算手段と、前記測定座標
値読取り手段によって読み取った前記測定点の座標値
(x,y,z)に対して、前記測定用押代演算手段で求
めた押代PLと前記偏心・偏差量記憶手段で記憶した偏
心量(ΔX,ΔY)及び偏差量(ΔZ)とにより補正を
した前記測定点の座標値(Hx, Hy, Hz)を求める
補正座標値演算手段と、を具備し、前記補正座標値演算
手段によって補正した前記ワークの測定点の座標値(H
x, Hy, Hz)から前記ワークの形状寸法を演算、測
定するように構成されたワークの形状寸法測定装置を提
供するものである。
Further, according to the present invention, in a work shape measuring apparatus for measuring coordinate values of a surface of a work by means of a measuring head of a measuring head mounted on a main shaft, a center of a measuring head of the measuring head mounted on the main shaft is measured. Coordinate value of position (x 0 ,
y 0 , z 0 ) and an eccentricity amount (ΔX, ΔY) corresponding to a deviation amount between the axis of the main shaft and a deviation amount (ΔZ) corresponding to a deviation amount from a predetermined reference position in the axial direction of the main shaft. With the deviation amount calculating means and the eccentricity / deviation amount calculating means
Calculated eccentricity (ΔX, ΔY) and deviation and eccentricity, deviation storing means for storing ([Delta] Z), the measuring element of the measuring head into a plurality of calibration measurement point of a predetermined calibration means having a known dimension A calibration pressing margin calculating means for obtaining a pressing margin PLn in each normal direction of the probe by asymptotically moving along each of the facing normal directions, and the measuring head obtained by the calibration pressing margin calculating means . Pushing margin storage means for storing the pushing margin PLn in each normal direction of the probe in association with each normal direction, and the position of the measurement point of the work and the position of the measurement start point corresponding to the measurement point. Based on a measurement procedure created in advance including the movement command, the spindle and the workpiece are moved relative to each other, and the tracing stylus of the measuring head is stored at the position of the measurement start point in the eccentricity / deviation amount storage means. Eccentricity (ΔX, Δ
Y) and a deviation amount (ΔZ) are taken in to position at a measurement start point obtained, and a probe moving means for asymptotically moving along the normal direction from the obtained measurement start point to the measurement point. The measuring point when the measuring signal of the measuring head is asymptotically moved along the normal direction from the obtained measurement starting point to the measuring point by the measuring element moving means, Measurement coordinate value reading means for reading the coordinate values (x, y, z) of a plurality of normal lines , and a plurality of normal line directions in the vicinity of the measurement point are selected, and a plurality of pressing margins corresponding to the selected plurality of normal line directions. Recorded by storage means
A pressing margin calculating means for measuring the pressing margin PL corresponding to the normal direction at the time of measuring the workpiece from the stored pressing margin, and coordinate values (x, y, x) of the measuring point read by the measuring coordinate value reading means. z) is corrected by the pressing margin PL obtained by the measuring pressing margin calculating means and the eccentricity amount (ΔX, ΔY) and the deviation amount (ΔZ) stored in the eccentricity / deviation amount storing means. A coordinate value calculation means for obtaining the coordinate value (Hx, Hy, Hz) of the point, and the coordinate value (H) of the measurement point of the workpiece corrected by the correction coordinate value calculation means.
(x, Hy, Hz) The present invention provides a workpiece shape dimension measuring device configured to calculate and measure the shape dimension of the workpiece.

【0014】[0014]

【作用】工作機械や測定機における主軸に装着された測
定ヘッドの測定子がワークの形状寸法を実際に測定する
場合の押代PL(PLX , PLY , PLZ )を演算法に
より得るための複数の押代データを既知半径を有した校
正球等の校正手段を用いて求め、測定時の接近方向(法
線方向)と対応させて記憶手段内に格納する。
[Function] To obtain the press allowance PL (PL X , PL Y , PL Z ) by the calculation method when the probe of the measuring head mounted on the spindle of the machine tool or the measuring machine actually measures the shape dimension of the workpiece. The plurality of pressing margin data are obtained using a calibration means such as a calibration sphere having a known radius, and are stored in the storage means in association with the approach direction (normal direction) at the time of measurement.

【0015】上記の押代データは、例えば既知の半径寸
法(R)を有し、寸法校正や位置校正に用いられる周知
の校正球をテーブル上に設置し、この校正球の球面上に
おける複数の点に対して、測定子を該複数の点の各点に
対する測定開始点に位置決めし、その測定開始点から法
線方向に沿って接近動作させて校正球半径を実測し、測
定ヘッドの測定子の既知半径(r)と、校正球の実測半
径(Rs)と、既知半径(R)から、(R+r)−(R
s)=押代PLnを求め、このような押代PLnを求め
る工程を校正球面上の複数の点で繰り返すことにより、
測定子の接近方向(法線方向)と1対1に対応した例え
ばテーブル形式で押代データを求め、該押代データテー
ブルを適宜の押代記憶手段に記憶する。なお、この校正
球等の校正手段を用いて押代データを求める工程を予め
一定の校正手順としてプログラム化し、該校正プログラ
ムに従って実行しても良い。
The pressing margin data has, for example, a known radius dimension (R), a well-known calibration sphere used for dimensional calibration and position calibration is set on a table, and a plurality of calibrated spheres on the spherical surface are provided. For each point, position the probe at the measurement start point for each of the plurality of points, measure the calibration sphere radius by moving the probe closer to the measurement start point along the normal direction, and measure the probe head of the measurement head. (R + r)-(R) from the known radius (r), the measured radius (Rs) of the calibration sphere, and the known radius (R).
s) = Pushing allowance PLn is obtained, and the process of finding such a pushing allowance PLn is repeated at a plurality of points on the calibration spherical surface,
Pressing allowance data is obtained in, for example, a table format that has a one-to-one correspondence with the approach direction (normal direction) of the contact point, and the pressing allowance data table is stored in an appropriate pressing allowance storage means. The step of obtaining the press allowance data by using the calibrating means such as the calibrating sphere may be programmed in advance as a fixed calibrating procedure and executed according to the calibrating program.

【0016】上述のようにして主軸に装着された測定ヘ
ッドの測定子の押代データを求めた後に、該主軸に装着
された測定ヘッドを用いてワークの形状寸法の測定工程
を遂行する。このワークの形状寸法の測定工程は、ワー
クの測定表面上に予め測定プログラム等によって指定さ
れた複数の測定点(所要に応じて1つの測定点のみとし
ても本発明の測定方法の原理は不変である。)に対して
遂行され、上述のように主軸の移動によって測定ヘッド
の測定子中心を測定点に対する法線上に定めた測定開始
点へ位置決めする。このとき、法線はワークの加工のた
めに設計された形状に対して選定した測定点に関し予め
演算により求めた法線でも良く、ワークの各測定点の近
傍における数点の座標値を実際にその測定ヘッドの測定
子で測定して求め、求めた数点の座標値から定まる測定
点を含む平面に立てられる法線を求め、このようにして
求めた法線を各測定点の実測における法線とするように
しても良い。
After obtaining the press allowance data of the probe of the measuring head mounted on the spindle as described above, the step of measuring the shape and size of the work is performed using the measuring head mounted on the spindle. In the process of measuring the shape and dimension of the work, a plurality of measurement points designated in advance by the measurement program or the like on the measurement surface of the work (the principle of the measurement method of the present invention does not change even if only one measurement point is required. The position of the measuring element center of the measuring head is set to the measurement starting point defined on the normal line to the measuring point by the movement of the main axis as described above. At this time, the normal line may be a normal line obtained by calculation in advance with respect to the measurement point selected for the shape designed for machining of the workpiece, and the coordinate values of several points in the vicinity of each measurement point of the workpiece may be actually calculated. Obtained by measuring with the probe of the measuring head, find the normal line standing on the plane including the measurement point determined from the coordinate values of the obtained several points, and use the thus obtained normal line in the actual measurement of each measurement point. You may make it a line.

【0017】かくして測定子の中心を測定開始点への位
置決め完了後に測定子中心を所定の法線に沿ってワーク
の測定点に向けて接近させて接触式または非接触式に測
定点の座標値を実測により求める。この場合には、実測
値を得る段階で、例えば接触式であれば、測定子が押代
分だけ押込されたときに、測定信号を受けることは言う
までもない。このようにして実測された測定点の座標値
(X,Y,Z)に対して、上述した押代データテーブル
から、ワークの測定点における上記法線方向に近い複数
(例えば4つ)の法線方向を選定し、該選定した法線方
向に対応した押代PL1 、PL2 、PL3 、PL4 から
ワークの測定点における押代PL(PL X , PLY , P
Z )を演算的に求める。すなわち、この演算法は、例
えば4つの法線方向に対応した押代PL1 、PL2 、P
L3 、PL4 を呈する校正球の表面上における4点の位
置関係からワーク測定時の接近方向と同じ法線方向を有
した測定点に対応した点の押代を比例配分的に求めれば
良い。
Thus, the center of the contact point is set to the position of the measurement starting point.
After the placement is completed, work piece centered along the specified normal line
Of contact type or non-contact type by approaching to the measurement point of
The coordinate value of the fixed point is obtained by actual measurement. In this case,
At the stage of obtaining the value, if the contact type is used,
Says it will receive the measurement signal when pushed by the minute
There is no end. Coordinate value of the measurement point measured in this way
For the (X, Y, Z), the press allowance data table described above
From the multiple points close to the above normal direction at the measurement point of the workpiece
Select (for example, four) normal directions and select the selected normal direction.
Depending on the press allowance PL1, PL2, PL3, PL4
Pushing allowance PL (PL X, PLY, P
LZ) Is calculated arithmetically. That is, this algorithm is an example
For example, the press allowances PL1, PL2, P corresponding to the four normal directions
Positions of 4 points on the surface of a calibration sphere exhibiting L3 and PL4
Due to the positional relationship, it has the same normal direction as the approach direction when measuring the workpiece.
If the pushing margin of the point corresponding to the measured point is calculated proportionally
good.

【0018】かくして求めた押代PL(PLX , P
Y , PLZ )を三次元の各軸方向に分配した押代成分
によってワーク測定点の座標値(x,y,z)に対して
補正することにより、測定点の三次元座標系における座
標値(HX, HY, HZ)を求めるものである。
The press allowance PL (PL X , P
L Y , PL Z ) is corrected to the coordinate values (x, y, z) of the workpiece measurement point by the press allowance components distributed in the three-dimensional axial directions, so that the coordinates of the measurement point in the three-dimensional coordinate system are corrected. The values (H X , H Y , H Z ) are obtained.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明を添付図面に示す実
施形態に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明に係
るワークの形状寸法の測定方法を実施するために用いら
れる測定装置の全体的構成を示すブロック図、図2は、
主軸に装着された測定ヘッドの測定子が主軸軸心に対し
て偏心、偏差し、かつ測定子が接近方向に異なる押代を
有した状態で、ワークの測定目標点を本発明による測定
方法によって測定を実施する場合の測定過程を説明する
ための略示説明図、図3及び図4は、本発明によるワー
クの形状寸法測定を実施する場合のフローチャート、図
5は、既知の半径寸法を有した基準校正球を校正手段に
用いて、例えば、工作機械のテーブル上に設置し、主軸
に装着した測定ヘッドの測定子が有する押代を検出する
工程を説明するための略示説明図、図6は、基準校正球
の表面における複数の押代測定点に対して、該押代測定
点のそれぞれに一義的に決まる法線方向から測定ヘッド
の測定子を接近させることにより、押代測定点の位置、
従って法線方向と対応して該測定子の押代を求め、押代
データテーブルを得る過程を説明する説明図、図7及び
図8は、ワークの目標測定点P1 における押代を基準校
正球を用いて得た押代データテーブルの複数点Q1 、Q
2 、Q3 、Q4 から得た複数の押代に基づいて演算する
過程を説明する略示説明図、図9は、上記の点P1 、Q
1 、Q2 、Q3 、Q4 を基準校正球の表面にプロットし
た様子を示す平面図、図10は、一般的に工作機械の主
軸に装着された測定ヘッドが有する測定子(接触式の球
状測定フィーラの例を示す)によってワーク等の被測定
対象物の測定目標点を測定する際において、主軸軸心と
測定子の中心とが正しく一致した状態で測定開始点から
測定目標点へ同点に立てた法線方向にアプローチ(接近
動作)させた場合の状況を模式的に説明するための略示
説明図、図11は、主軸の軸心に対する測定ヘッドの測
定子中心の偏心量と偏差量とを模式的に示すための略示
説明図、図12は、工作機械の主軸に装着された測定ヘ
ッドが有する測定子(接触式の球状測定フィーラの例を
示す)によってワーク等の被測定対象物の測定目標点を
測定する際において、主軸軸心と測定子の中心とが不一
致のままで測定開始点から測定目標点へ同点に立てた法
線方向にアプローチ(接近動作)させた場合の状況を模
式的に説明するための略示説明図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below in detail based on the embodiments shown in the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a measuring apparatus used for carrying out the method for measuring the shape and dimension of a work according to the present invention, and FIG.
With the measuring head of the measuring head mounted on the spindle eccentric with respect to the spindle axis, deviated, and with the pressing margin different in the approaching direction, the measuring target point of the workpiece is measured by the measuring method according to the present invention. FIG. 3 and FIG. 4 are schematic explanatory views for explaining the measurement process when performing the measurement, FIG. 3 and FIG. 4 are flow charts when performing the shape dimension measurement of the work according to the present invention, and FIG. Using the reference calibration sphere as a calibration means, for example, a schematic explanatory view for explaining a step of detecting the pressing margin of the probe of the measuring head installed on the table of the machine tool and mounted on the spindle. Reference numeral 6 denotes a pressing allowance measuring point for a plurality of pressing allowance measuring points on the surface of the reference calibration sphere, by bringing the contact point of the measuring head close to each of the pressing allowance measuring points in the direction of the normal line that is uniquely determined. Position of,
Therefore, an explanatory view for explaining the process of obtaining the press allowance of the probe in correspondence with the normal direction and obtaining the press allowance data table, FIG. 7 and FIG. 8 show the press allowance at the target measurement point P 1 of the workpiece as a reference calibration. Multiple points Q 1 , Q of the press allowance data table obtained using a sphere
2 , a schematic explanatory view for explaining a process of calculating based on a plurality of pressing margins obtained from Q 3 , Q 4 , FIG. 9 shows points P 1 , Q
FIG. 10 is a plan view showing a state in which 1 , Q 2 , Q 3 , and Q 4 are plotted on the surface of a reference calibration sphere, and FIG. 10 is a probe (contact type of a contact type) which a measuring head mounted on a spindle of a machine tool generally has. When measuring the measurement target point of an object to be measured such as a workpiece with a spherical measurement feeler), when the spindle axis center and the center of the contact point are correctly aligned, the measurement start point and the measurement target point are the same point. FIG. 11 is a schematic explanatory view for schematically explaining the situation in the case of approaching (approaching) in the direction of the normal line standing upright. FIG. FIG. 12 is a schematic explanatory view for schematically showing the amount, and FIG. 12 is a diagram showing an object to be measured such as a work piece by a measuring element (an example of a contact type spherical measuring feeler) included in a measuring head mounted on a spindle of a machine tool. When measuring the measurement target point of the object , It is an outline for schematically explaining the situation when approaching (approaching operation) from the measurement start point to the measurement target point in the normal direction standing at the same point while the spindle axis center and the center of the contact point do not match. FIG.

【0020】さて、一般的に、工作機械、特に、所定の
NCプログラムに従って工具交換を遂行しながら加工を
実行するNC工作機械によってテーブル上に設置したワ
ークの機械加工を実行する工程の間に、工作機械の主軸
に工具に代えて測定子を有した測定ヘッドを装着するこ
とにより、テーブル上に設置された状態のままのワーク
の形状寸法を測定することは、加工現場において通常、
実行されている。このようなワークの形状寸法の測定に
おいて、工作機械の主軸と、ワークを搭載したテーブル
との間で送り機構による相対送り動作を行わせて主軸に
装着した測定ヘッドの測定子をワークの各目標点へ接近
させるようにする。このため、工作機械の主軸に装着し
た測定ヘッドにより、ワークの形状寸法を測定する場合
には、主軸軸心を基準にして測定プログラムが作成され
る。これに対して、工作機械外の三次元測定機における
主軸に測定ヘッドを装着し、同測定ヘッドの測定子によ
ってワークの目標とする測定点を測定する場合には、測
定ヘッドの測定子の中心を基準にして測定ヘッドによる
測定を実行するのが一般的である。
Now, in general, during a step of performing machining of a work set on a table by a machine tool, in particular, an NC machine tool that performs machining while performing tool exchange according to a predetermined NC program, By mounting a measuring head having a tracing stylus instead of a tool on the spindle of a machine tool to measure the shape and dimension of a work piece as it is installed on a table, it is usually at the processing site.
It is running. In measuring the shape and dimensions of such a workpiece, the relative movement of the feed mechanism is performed between the spindle of the machine tool and the table on which the workpiece is mounted, and the measuring head of the measuring head mounted on the spindle is used as the target of each workpiece. Try to get closer to the point. Therefore, when measuring the shape and dimension of the work by the measuring head mounted on the spindle of the machine tool, a measuring program is created with the spindle center as a reference. On the other hand, when the measuring head is mounted on the spindle of a coordinate measuring machine outside the machine tool and the measuring point of the measuring head measures the target measuring point of the workpiece, the center of the measuring head is measured. It is general to perform the measurement with the measuring head on the basis of.

【0021】ここで先ず、図10に図示のように、主軸
9に装着された測定ヘッドを有する例では、接触式の測
定子11の中心が主軸9の軸心に適正に一致した状態で
装着されているときを考察する。この場合には、主軸9
とワークWとの間の相対動作を利用してワークWの測定
目標点P(x,y,z)に法線方向Vから測定ヘッドの
測定子11を、当該測定目標点Pに向けて接近動作させ
ると、主軸9の相対動作に応じて測定子11は正しく測
定目標点Pに接触することから、同測定目標点Pの三次
元座標であるP(x,y,z)をうまく検出することが
できる。従って、ワークWの多数の測定目標点Pについ
て三次元座標値を検出すれば、これらの座標値からワー
クWの三次元形状寸法を高精度に測定することができ
る。
First, as shown in FIG. 10, in an example having a measuring head mounted on the main shaft 9, the contact type probe 11 is mounted with its center properly aligned with the axial center of the main shaft 9. Consider when being done. In this case, the spindle 9
And the work W are used to approach the measurement target point P (x, y, z) of the work W from the normal direction V toward the measurement head 11 of the measurement head toward the measurement target point P. When operated, the tracing stylus 11 correctly contacts the measurement target point P in accordance with the relative movement of the spindle 9, so that the three-dimensional coordinate P (x, y, z) of the measurement target point P is successfully detected. be able to. Therefore, if three-dimensional coordinate values are detected for many measurement target points P of the work W, the three-dimensional shape dimensions of the work W can be measured with high accuracy from these coordinate values.

【0022】然るに、一般的には工作機械の主軸9に測
定ヘッドを工具交換装置等の適宜の取付け装置で装着し
た場合には、完全に正しく主軸9の軸心と測定ヘッドの
測定子11の中心とが一致した状態を得ることは機械構
造上から困難であり、しかも測定ヘッドが不可避的に内
包する遊び等によって一般的に主軸9の軸心に対して測
定子11の中心はずれを有している。このようなずれの
発生状態を説明、図示したものが図11である。
However, in general, when the measuring head is mounted on the main shaft 9 of the machine tool by an appropriate mounting device such as a tool changing device, the shaft center of the main shaft 9 and the measuring head 11 of the measuring head are completely correct. It is difficult to obtain a state in which the center coincides with the mechanical structure, and in addition, the center of the probe 11 generally deviates from the axis of the main shaft 9 due to play inevitably included in the measuring head. ing. FIG. 11 illustrates and shows the state of occurrence of such a shift.

【0023】図11に図示のように、主軸9の軸心と測
定子11の中心とのずれは二次元座標内における両者の
ずれ量(ΔX、ΔY)と主軸9の軸心方向における測定
プログラムの実行上で定めた基準位置からのずれ量(Δ
Z)とを有する。ずれ量(ΔX、ΔY)が偏心量に相当
し、ずれ量(ΔZ)が偏差量に相当するものである。こ
のようなずれ量(ΔX、ΔY、ΔZ)を有した状態の測
定子11によりワークWの測定目標点Pの座標値を検出
すべく主軸9とワークWとの間で相対動作を実行させた
場合の様子が図12に図示されている。つまり、主軸9
とワークWとの相対動作により測定ヘッドの測定子11
をワークWの測定目標点Pに向けて所定の法線方向Vに
沿って接近動作させると、測定子11は、測定目標点P
からずれたワークWの表面上の点P’の座標値を検出す
ることになる。勿論、図12に示すX,Y軸方向のずれ
ばかりでなく、測定子11が有する主軸9の軸心方向へ
の偏差量(ΔZ)に基づく検出ずれも混入されることは
言うまでもない。従って、このような位置ずれを有した
多数の点P’の座標値を求めてワークWの形状寸法を測
定した場合には、当然に形状寸法測定値に誤差が含まれ
る結果となるのである。
As shown in FIG. 11, the deviation between the axis of the main shaft 9 and the center of the probe 11 is the amount of deviation (ΔX, ΔY) between the two in two-dimensional coordinates and the measurement program in the axial direction of the main shaft 9. The amount of deviation from the reference position (Δ)
Z) and. The deviation amount (ΔX, ΔY) corresponds to the eccentricity amount, and the deviation amount (ΔZ) corresponds to the deviation amount. The relative movement between the spindle 9 and the work W was executed in order to detect the coordinate value of the measurement target point P of the work W by the tracing stylus 11 in the state having such deviation amounts (ΔX, ΔY, ΔZ). The situation is shown in FIG. That is, the spindle 9
Of the measuring head 11 by the relative movement between the workpiece and the workpiece W.
Is moved toward the measurement target point P of the workpiece W along the predetermined normal direction V, the tracing stylus 11 moves the measurement target point P
The coordinate value of the point P ′ on the surface of the work W deviated from is detected. It goes without saying that not only the deviations in the X and Y axis directions shown in FIG. 12, but also the detection deviations based on the deviation amount (ΔZ) in the axial direction of the main shaft 9 of the probe 11 are mixed. Therefore, when the shape dimension of the workpiece W is measured by obtaining the coordinate values of a large number of points P ′ having such a positional deviation, the shape dimension measurement value naturally includes an error.

【0024】また、図10、図12に示す測定子11と
ワークWとの接触点の検出過程では、一般的に測定子1
1はワークWに接触した時点で直ちに検出信号を発する
のではなく、法線方向Vに沿ってワークWの内部に向け
て一定量の押し込みが成された後に検出信号が発せられ
るもので、この量が押代であり、個々の測定子11間の
押代にも一般的には大小バラツキを有しているのみなら
ず、単一個の測定子11において、その測定子11を測
定目標点Pに対して法線方向Vに沿って接近動作させる
とき、その法線方向の違いに応じて種々異なる押代を呈
することが多く、特に、安価な反面、低精度に製造され
た測定ヘッドの測定子11では、この傾向が顕著であ
る。従って、このような測定子の持つ押代の特性をも考
慮しなければ、高精度にワークWの形状寸法を測定する
ことは不可能となるのである。
In the process of detecting the contact point between the probe 11 and the workpiece W shown in FIGS. 10 and 12, the probe 1 is generally used.
No. 1 does not immediately issue a detection signal at the time of contact with the work W, but the detection signal is issued after a certain amount of pushing toward the inside of the work W along the normal direction V. The amount is the pushing amount, and the pushing amount between the individual measuring elements 11 generally has large and small variations. On the other hand, when an approach operation is performed along the normal line direction V, various pressing margins are often exhibited depending on the difference in the normal line direction. In particular, although the cost is low, measurement of a measuring head manufactured with low accuracy is performed. In the child 11, this tendency is remarkable. Therefore, it is impossible to measure the shape and size of the work W with high accuracy unless the characteristics of the pressing margin of such a probe are also taken into consideration.

【0025】本発明は、加工されたワークWの形状寸法
を、例えば、該加工を行った工作機械の主軸9に工具と
交換に装着した測定ヘッドによって測定する場合等に、
たとえ主軸9の軸心に対して測定ヘッドが有する測定子
11の中心が上述した偏心、偏差量を包含して装着さ
れ、測定ヘッドの押代が測定方向の違いに応じて種々異
なる場合でも高精度にワークWの形状寸法の測定を実施
し得る方法及び装置を提供せんとするものである。
According to the present invention, for example, when the geometrical dimensions of the processed work W are measured by a measuring head mounted in exchange for a tool on the spindle 9 of the machine tool on which the processing is performed,
Even if the center of the measuring element 11 of the measuring head with respect to the axis of the main shaft 9 is mounted so as to include the above-mentioned eccentricity and deviation amount, and the pressing margin of the measuring head differs depending on the difference in the measuring direction, it is high. An object of the present invention is to provide a method and an apparatus capable of accurately measuring the shape and size of the work W.

【0026】ここで、図1を参照して、本発明の一実施
形態として工作機械Mの主軸9に装着した測定ヘッド1
0によりワークWの形状寸法を測定する場合を考察す
る。工作機械Mは、テーブル12上でワークWの機械加
工を例えば、図示されていないNC加工プログラムに従
って遂行している。故に、工作機械Mは、主軸9をZ軸
方向に送り動作させる送りモータを含んだZ軸方向の送
り機構Fzと、テーブル12をX軸方向及びY軸方向に
送り動作させる夫々の送りモータを含んだX軸方向、Y
軸方向の送り機構Fx、Fyとを備えている。そして、
これらの3軸方向の送り機構Fx、Fy、Fzは、それ
ぞれ主軸9のZ軸方向の位置、テーブル12のX軸方
向、Y軸方向における位置を示す位置信号を送出するス
ケール装置やエンコーダ装置等を備えていることは言う
までもない。
Here, referring to FIG. 1, as one embodiment of the present invention, a measuring head 1 mounted on a spindle 9 of a machine tool M.
Consider the case where the shape dimension of the work W is measured by 0. The machine tool M performs machining of the work W on the table 12 according to, for example, an NC machining program (not shown). Therefore, the machine tool M includes a Z-axis feed mechanism Fz including a feed motor that feeds the spindle 9 in the Z-axis direction, and feed motors that feed the table 12 in the X-axis direction and the Y-axis direction. Included X-axis direction, Y
An axial feed mechanism Fx, Fy is provided. And
These three-axis feed mechanisms Fx, Fy, Fz are scale devices, encoder devices, etc. that send position signals indicating the position of the spindle 9 in the Z-axis direction and the position of the table 12 in the X-axis direction and the Y-axis direction, respectively. Needless to say, it is equipped with.

【0027】他方、ワークWの加工工程の間に、工作機
械Mの主軸9に、図示されていない工具交換装置等によ
って工具に代えて測定ヘッド10を装着し、同測定ヘッ
ド10が有する測定子11によってワークWの形状寸法
の測定が遂行される。ワークWの形状寸法の測定は、予
めワークWの設計、加工データに基づいて作成された測
定プログラムMRPによって遂行され、この測定プログ
ラムMRPは主軸9の軸心を基準にしてワークWにおけ
る複数の測定目標点Pや各測定目標点における法線方向
V、各測定目標点Pに対する測定子11の中心の接近開
始点等を含んだ測定手順を記録している。また、同測定
プログラムMRPは後述する校正手段を用いて測定ヘッ
ド10の測定子11の押代データテーブルを得る校正手
順を含むようにしてもよい。
On the other hand, during the machining process of the work W, the measuring head 10 is mounted on the spindle 9 of the machine tool M in place of the tool by a tool exchanging device (not shown) or the like, and the measuring head of the measuring head 10 has the same measuring head. The shape dimension of the workpiece W is measured by 11. The measurement of the shape dimension of the work W is performed by a measurement program MRP created in advance based on the design and machining data of the work W, and this measurement program MRP makes a plurality of measurements on the work W with reference to the axis of the spindle 9. The measurement procedure including the target point P, the normal direction V at each measurement target point, the approach start point of the center of the probe 11 to each measurement target point P, etc. is recorded. Further, the measurement program MRP may include a calibration procedure for obtaining a pressing margin data table of the tracing stylus 11 of the measuring head 10 by using a calibration means described later.

【0028】そして、ワークWの形状寸法の測定及び測
定ヘッド10の測定子11の押代データテーブル作成の
諸測定工程は、この測定プログラムMRPが包含した測
定手順及び校正手順による指令に基づいて遂行される。
すなわち、測定プログラムMRPの測定手順の指令は、
測定プログラム読取部13によって読み取られて測定デ
ータに変換される。この測定プログラム読取部13で解
釈された測定データは、動作指令部15に入力され、こ
のとき、動作指令部15は工作機械Mの各軸方向の送り
機構Fx、Fy、Fzの軸移動を制御する軸移動制御部
17へ測定データに基づく動作指令を入力する。故に、
軸移動制御部17は、その動作指令に応じて各軸方向に
おける移動制御信号を各軸方向の送り機構Fx、Fy、
Fzに送出して送り動作を駆動させるとともに軸移動の
開始を位置検出部19および測定信号検出部21にそれ
ぞれ出力して位置検出動作及び測定信号検出動作を駆動
する。なお、上記の動作指令部15は後述の偏心・偏差
量記憶部41にも接続され、偏心・偏差量を考慮した動
作指令を軸移動制御部17へ送出することが可能に構成
されている。
Then, the various measuring steps of measuring the shape and dimension of the work W and creating the press allowance data table of the probe 11 of the measuring head 10 are performed based on the commands in the measuring procedure and the calibration procedure included in the measuring program MRP. To be done.
That is, the measurement procedure command of the measurement program MRP is
It is read by the measurement program reading unit 13 and converted into measurement data. The measurement data interpreted by the measurement program reading unit 13 is input to the operation command unit 15, and at this time, the operation command unit 15 controls the axial movement of the feed mechanisms Fx, Fy, Fz of the machine tool M in each axial direction. The operation command based on the measurement data is input to the axis movement control unit 17. Therefore,
The axis movement control unit 17 sends a movement control signal in each axis direction to the feed mechanisms Fx, Fy, and Fx in each axis direction according to the operation command.
Fz is sent to drive the feed operation, and at the same time, the start of the axial movement is output to the position detection unit 19 and the measurement signal detection unit 21 to drive the position detection operation and the measurement signal detection operation. The operation command unit 15 is also connected to an eccentricity / deviation amount storage unit 41, which will be described later, and is configured to send an operation command in consideration of the eccentricity / deviation amount to the axis movement control unit 17.

【0029】他方、本発明に係るワークWの形状寸法の
測定装置は、測定プログラムMRPに従ってワークWの
形状寸法の測定を実行するときに、測定子11の押代、
必要に応じて偏心量、偏差量等の補正データを先ず求
め、次いで複数の測定目標点Pの三次元座標値を測定子
11による検出動作を介して検出し、それらの補正デー
タ、座標検出値等からワークWの形状寸法を演算、測定
するように機能する補正量演算部30、データ記憶部4
0、測定値演算部50、測定結果出力・表示部60を備
えている。
On the other hand, the apparatus for measuring the shape and size of the work W according to the present invention, when performing the measurement of the shape and size of the work W in accordance with the measurement program MRP, presses the probe head 11,
If necessary, correction data such as the eccentricity amount and the deviation amount are first obtained, and then the three-dimensional coordinate values of the plurality of measurement target points P are detected through the detection operation of the tracing stylus 11, and the correction data and coordinate detection values thereof are detected. A correction amount calculation unit 30 and a data storage unit 4 that function to calculate and measure the shape and size of the work W from the above.
0, a measurement value calculation unit 50, and a measurement result output / display unit 60 are provided.

【0030】上記補正量演算部30は、上述の動作指令
部15からの動作指令に応じて測定子11の偏心・偏差
量等の補正量及び押代を演算するために設けられ、偏心
・偏差量演算部31では上述した位置検出部19、測定
信号検出部21と接続され、後述する非接触式の工具先
端位置測定装置等を用いて測定子11の中心座標のデー
タを当該位置検出部19から入力されると、それに基づ
いて主軸9の軸心に対する測定子11の偏心量、偏差量
を演算によって求め、校正用押代演算部33では、また
別に後述する基準校正球やマスターワーク等の校正手段
を用いて測定子11で該校正手段の所定寸法を複数の法
線方向から接近動作させて測定するとき、上記位置検出
部19、測定信号検出部21からの検出データに基づい
て測定子11の種々の法線方向と対応した押代PLnを
演算によって求め得るように構成されている。
The correction amount calculation unit 30 is provided to calculate the correction amount such as the eccentricity / deviation amount of the tracing stylus 11 and the pressing margin according to the operation command from the operation command unit 15 described above. The quantity calculation unit 31 is connected to the position detection unit 19 and the measurement signal detection unit 21 described above, and uses the non-contact type tool tip position measurement device described later to convert the data of the center coordinates of the probe 11 into the position detection unit 19. Input, the eccentricity amount and the deviation amount of the probe 11 with respect to the axis of the main shaft 9 is calculated based on the input from the calibration press margin calculation unit 33. When measuring the predetermined dimension of the calibrating means with the calibrating means by moving the calibrating means close to each other from a plurality of normal directions, the metric based on the detection data from the position detecting section 19 and the measurement signal detecting section 21. 11 seeds It is composed of 押代 PLn corresponding to the normal direction so as determined by calculation.

【0031】そして、補正量演算部30により演算され
た測定ヘッド10の測定子11の偏心及び偏差量は、デ
ータ記憶部40の偏心・偏差量記憶部41により記憶さ
れ、また後述の押代データテーブルが押代データ記憶部
43に記憶される。また、上述した偏心及び偏差量と押
代データテーブルが求められてから、いよいよワークW
の形状寸法の測定工程が実行される過程では、測定値演
算部50の測定座標値検出部51が既述の測定信号検出
部21および位置検出部19から出力される測定目標点
Pの三次元座標値のデータを受信し、この受信した各測
定目標点Pの三次元座標値に対して偏心・偏差量補正部
53が、上記の偏心・偏差量記憶部41から読み出した
偏心量、偏差量によって補正を行う。更に、押代補正部
55が既述の押代データ記憶部43から読み出した押代
データテーブルに基づいて測定用押代演算部54が測定
目標点Pに対する測定ヘッド10の測定子11が持つ押
代PLを演算により求めて上記押代補正部55へ送出す
ることによって押代補正を行い、以て測定目標点Pの正
しい三次元座標値を求めて、ワーク形状寸法演算部57
へ測定点毎に送出する。すると、同ワーク形状寸法演算
部57は、複数の各測定目標点Pの正しい三次元座標値
からワークWの形状寸法を演算によって求め、測定を完
了し、演算したワークWの形状寸法データを測定結果出
力・表示部60を介して装置外部へ出力するようになっ
ている。
The eccentricity and deviation amount of the tracing stylus 11 of the measuring head 10 calculated by the correction amount calculation unit 30 are stored in the eccentricity / deviation amount storage unit 41 of the data storage unit 40. The table is stored in the press allowance data storage unit 43. Further, after the above-mentioned eccentricity and deviation amount and the press allowance data table are obtained, it is finally the work W.
In the process in which the measurement process of the geometrical dimensions is performed, the measurement coordinate value detection unit 51 of the measurement value calculation unit 50 outputs the three-dimensional measurement target point P output from the measurement signal detection unit 21 and the position detection unit 19 described above. The eccentricity / deviation amount correction unit 53 receives the coordinate value data and reads the eccentricity / deviation amount storage unit 41 from the eccentricity / deviation amount storage unit 41 with respect to the received three-dimensional coordinate values of each measurement target point P. Correct by. Further, based on the press allowance data table read out from the press allowance data storage unit 43 by the press allowance correcting unit 55, the measuring press allowance calculating unit 54 has the presser head 11 of the measuring head 10 with respect to the measurement target point P. The margin PL is calculated and sent to the margin correction unit 55 to correct the margin, thereby obtaining the correct three-dimensional coordinate value of the measurement target point P, and the work shape dimension calculator 57.
To each measurement point. Then, the workpiece shape dimension calculation unit 57 calculates the shape dimension of the work W from the correct three-dimensional coordinate values of each of the plurality of measurement target points P, completes the measurement, and measures the calculated shape dimension data of the work W. The result is output / displayed to the outside of the apparatus via the display unit 60.

【0032】図2は、本発明によるワークWの形状寸法
測定方法を工作機械において実施する際に主軸9の軸心
に対して測定子11の中心が偏心、偏差のずれを有し、
かつ測定子11が測定点への接近方向に異なる押代を有
した状態で、ワークWの測定目標点Pの三次元座標値を
同測定子11が検出するまでの測定過程を説明してい
る。
FIG. 2 shows that when the method of measuring the shape and dimension of the work W according to the present invention is carried out on a machine tool, the center of the contact point 11 has an eccentricity or deviation with respect to the axis of the spindle 9.
In addition, the measurement process until the probe 11 detects the three-dimensional coordinate value of the measurement target point P of the work W in the state where the probe 11 has different pressing margins in the approaching direction to the measurement point will be described. .

【0033】図2において、測定ヘッド10が装着され
た主軸9が任意の位置(a)からワークWの測定目標点
Pの測定を開始するときには、まず、上記の任意位置
(a)から測定開始点(b)へ移動、位置決めされる。
この測定開始点(b)への位置決めは測定プログラムM
RPにより指定される測定開始点Pに対して測定子11
の偏心、偏差を考慮して、当該測定子11の中心位置が
測定目標点Pに対する適正な測定開始点に位置するよう
に補正動作を加えた位置決めが行われる。
In FIG. 2, when starting measurement of the measurement target point P of the work W from the arbitrary position (a) of the spindle 9 to which the measuring head 10 is attached, the measurement is started from the arbitrary position (a). Moved and positioned to point (b).
Positioning to this measurement start point (b) is performed by the measurement program M
The measuring element 11 with respect to the measurement starting point P designated by RP
In consideration of the eccentricity and deviation, the positioning is performed with a correction operation so that the center position of the probe 11 is located at an appropriate measurement start point with respect to the measurement target point P.

【0034】次いで、測定開始点(b)から当該測定目
標点Pに関する法線方向(三次元座標系における法線ベ
クトルを(l,m,n)とする)に沿って通過点(c)
を経由して接近動作を行う。この接近動作は勿論、工作
機械Mの各送り軸方向における送り機構Fx、Fy、F
zを含めた3軸送り機構の軸移動により主軸9とワーク
Wとの間の相対移動によって遂行されることは言うまで
もない。
Next, a passing point (c) from the measurement starting point (b) along the normal direction (assuming the normal vector in the three-dimensional coordinate system to be (l, m, n)) with respect to the measurement target point P.
The approach operation is performed via. This approaching operation is, of course, the feed mechanism Fx, Fy, F in each feed axis direction of the machine tool M.
It goes without saying that the relative movement between the spindle 9 and the workpiece W is performed by the axial movement of the three-axis feed mechanism including z.

【0035】やがて、測定子11がワークWにおける測
定目標点Pを接触式に又は非接触式に検出する位置、つ
まり接触式では幾何学的に測定目標点Pに接触する位置
であり、非接触式では、理論的にうず電流または静電容
量等の変化が開始する位置に相当する検出位置(d)に
達する。この検出位置(d)から測定子11は更にその
押代相当分だけ押し込まれた位置(e)に達すると、測
定信号、所謂、スキップ信号が測定ヘッド10から発せ
られる。このような測定信号は図1に示す測定信号検出
部21で検出され、この測定信号に応じて、位置検出部
19は各送り機構Fx、Fy、Fzに関連したスケール
やエンコーダ等の位置検出装置から測定目標点Pの座標
値(x,y,z)を検出するものである。
Eventually, the contact point 11 is a position at which the measurement target point P on the workpiece W is detected in a contact type or a non-contact type, that is, in the contact type, it is a position at which the measurement target point P geometrically contacts the measurement target point P. In the formula, the detection position (d) corresponding to the position where the change of the eddy current or the capacitance theoretically starts is reached. When the probe 11 reaches the position (e) further pushed in by the amount corresponding to the pressing margin from the detection position (d), a measurement signal, a so-called skip signal, is emitted from the measuring head 10. Such a measurement signal is detected by the measurement signal detection unit 21 shown in FIG. 1, and the position detection unit 19 responds to the measurement signal by the position detection device such as a scale or encoder associated with each feed mechanism Fx, Fy, Fz. From this, the coordinate value (x, y, z) of the measurement target point P is detected.

【0036】上述した測定目標点Pの三次元座標値
(x,y,z)の検出過程では、工作機械Mの主軸9
は、測定プログラムMRPにより指定される測定開始点
(b)からずれた位置からワークWに対して相対移動を
行い、測定子11の中心が測定目標点Pにその法線方向
から接近するように動作していることから、上述により
検出された点Pの座標値には測定子11の偏心、偏差量
に相当するずれ量が混入されている。また、押代も混入
している。依って、本発明はこれらの偏心、偏差量およ
び押代の補正を行って、主軸9の軸心を基準とした正し
い測定目標点Pの三次元座標値(Hx,Hy,Hz)を
求めるのである。
In the process of detecting the three-dimensional coordinate values (x, y, z) of the measurement target point P described above, the spindle 9 of the machine tool M is used.
Performs relative movement with respect to the work W from a position deviated from the measurement start point (b) designated by the measurement program MRP so that the center of the probe 11 approaches the measurement target point P in the normal direction. Since it is operating, the eccentricity of the probe 11 and the amount of deviation corresponding to the amount of deviation are mixed in the coordinate value of the point P detected as described above. Also, the press allowance is included. Therefore, the present invention corrects the eccentricity, the deviation amount, and the pressing margin to obtain the correct three-dimensional coordinate values (Hx, Hy, Hz) of the measurement target point P with the axis of the spindle 9 as a reference. is there.

【0037】すなわち、測定信号に応じて検出された測
定目標点Pの三次元座標値を、上述のように、P(x,
y,z)、正しい三次元座標値をP(Hx,Hy,H
z)、偏心量を(ΔX,ΔY)、偏差量を(ΔZ)、押
代をPL(PLX, PLY, PL Z)とすると、既述のよ
うに、測定目標点Pにおける法線のベクトルを(l,
m,n)としたとき、正しい三次元座標値P(Hx,H
y,Hz)は次の式で与えられる。
That is, the measurement detected according to the measurement signal
As described above, the three-dimensional coordinate value of the fixed target point P is set to P (x,
y, z), and the correct three-dimensional coordinate value is P (Hx, Hy, H
z), eccentricity amount (ΔX, ΔY), deviation amount (ΔZ),
PL for PL (PLX, PLY, PL Z).
Then, the vector of the normal line at the measurement target point P is (l,
m, n), the correct three-dimensional coordinate value P (Hx, H
y, Hz) is given by the following equation.

【0038】[0038]

【数1】 本発明は、各測定目標点Pの三次元座標の座標値を図1
の測定信号検出部21の測定信号に応じて位置検出部1
9から検出すると、この各点Pの三次元座標値は、測定
値演算部50における測定座標値検出部51に入力さ
れ、上記の式(1)〜(6)に従って測定子11の偏
心、偏差量の補正と押代の補正とが行われ、ワーク形状
寸法演算部57において複数の正しい測定目標点Pの座
標値を三次元座標系にプロットする演算を行ってワーク
Wの形状寸法の正しい測定値を得るものである。このよ
うに、本発明は、測定ヘッド10の測定子11における
中心位置が主軸9の軸心に対して偏心、偏差を有し、か
つ測定子11が測定点への接近方向に応じて異なる押代
を有している場合にも正しいワークWの形状寸法の測定
値を得ることができるから、測定の高精度化を実現でき
るのである。 さて、図3及び図4はワークWの形状寸
法の測定における測定工程S1〜S10をフローチャー
トで示したものである。
[Equation 1] In the present invention, the coordinate values of the three-dimensional coordinates of each measurement target point P are shown in FIG.
The position detection unit 1 according to the measurement signal of the measurement signal detection unit 21 of
When detected from 9, the three-dimensional coordinate value of each point P is input to the measurement coordinate value detection unit 51 in the measurement value calculation unit 50, and the eccentricity and deviation of the probe 11 are calculated according to the above equations (1) to (6). The correction of the amount and the correction of the press allowance are performed, and the work shape dimension calculation unit 57 performs the operation of plotting the coordinate values of the plurality of correct measurement target points P in the three-dimensional coordinate system to correctly measure the shape dimension of the work W. You get the value. As described above, according to the present invention, the center position of the measuring head 11 of the measuring head 10 has an eccentricity or deviation with respect to the axis of the main shaft 9, and the measuring head 11 is different depending on the approaching direction to the measuring point. Even if there is a margin, it is possible to obtain a correct measured value of the shape dimension of the work W, so that it is possible to realize high accuracy of measurement. 3 and 4 are flow charts showing the measuring steps S1 to S10 in the measurement of the shape and dimension of the work W.

【0039】なお、図4に示した測定工程S7からS1
0の工程は、ワークWの被測定面上における複数の測定
目標点P1〜Pnの各測定点P1・・・Pnに就いて各
個別に三次元座標値の検出と補正とを行い、これを複数
回、繰り返すように測定過程が実行されるように記載し
てあるが、勿論、複数の測定目標点P1・・・Pnに関
する三次元座標値を先ず、検出し、その後に測定子11
の偏心量及び偏差量をデータ記憶部40から取り込み、
また押代をデータ記憶部40から取り込んで測定用押代
演算部54において各測定目標点P1・・・Pnの押代
を求め、求めた押代によって個々の座標値に順次に補正
を施すようにしても良いことは言うまでもない。
The measuring steps S7 to S1 shown in FIG.
In the process of 0, the three-dimensional coordinate value is detected and corrected individually for each of the plurality of measurement target points P1 to Pn on the surface to be measured of the work W, that is, the measurement points P1 to Pn. Although it is described that the measurement process is repeated a plurality of times, it goes without saying that the three-dimensional coordinate values regarding the plurality of measurement target points P1 ... Pn are first detected and then the probe 11 is used.
The eccentricity amount and the deviation amount of the
Further, the pushing margin is fetched from the data storage unit 40, and the pushing margin of each measurement target point P1 ... Pn is calculated in the measuring pushing margin calculating unit 54, and the individual coordinate values are sequentially corrected by the obtained pushing margin. However, it goes without saying that it is good.

【0040】なお、図4に示す工程S8において、各測
定目標点P1〜Pnの接近動作を遂行する場合の法線方
向は予め測定プログラムMRPの作成段階で、ワークW
の設計加工される形状データから法線方向を決定し、そ
のベクトル(l,m,n)をプログラム内に入力してお
くようにしても良く、また、図7に示すように、ワーク
Wの測定目標点P1〜Pnの測定を遂行する過程で、予
め例えば測定目標点P1に極めて近い近傍位置に選定し
た3点の座標値を測定子11を用いて直接、測定し、こ
れらの3点の座標値で形成される各測定目標点を含んだ
狭小平面Mに対して立てた法線VLを測定目標点P1の
接近動作における法線方向として求めるようにしても良
い。この場合には、図示されていないが、図1の補正量
演算部30に法線方向のベクトルを演算する演算部を適
宜に設け、また、データ記憶部40に演算した法線方向
のベクトルを記憶する法線ベクトル記憶部を設けるよう
にすれば良い。
In the step S8 shown in FIG. 4, the normal direction in the case of performing the approaching operation of the respective measurement target points P1 to Pn is the work W in advance at the stage of creating the measurement program MRP.
Alternatively, the normal direction may be determined from the shape data to be designed and processed, and the vector (l, m, n) may be input in the program. Further, as shown in FIG. In the process of measuring the measurement target points P1 to Pn, for example, the coordinate values of three points which are selected in advance in the vicinity of the measurement target point P1 are directly measured using the tracing stylus 11, and these three points are measured. The normal line VL that is set up on the narrow plane M including the measurement target points formed by the coordinate values may be obtained as the normal line direction in the approaching movement of the measurement target point P1. In this case, although not shown, the correction amount calculation unit 30 of FIG. 1 is appropriately provided with a calculation unit for calculating a vector in the normal direction, and the calculated vector in the normal direction is stored in the data storage unit 40. A normal vector storage unit for storing may be provided.

【0041】次に、図3に示す測定工程S2における測
定ヘッド10の測定子11における中心の位置(x0
0 ,z0 )を求める方法と手段に就いて略説する。す
なわち、この測定子11の中心位置(x0 ,y0
0 )を測定する場合には、例えば工作機械Mのテーブ
ル12等に設けられた非接触式の工具先端位置検出装置
等を用いて測定子11の先端部の位置検出を行って、測
定子11の外径寸法、最先端点の位置を求めることによ
り、中心位置を簡単に求めることができる。このような
非接触式工具先端位置検出装置は、既に市販等で周知で
あるが、典型的なものとしては、例えば、本願出願人の
出願に係る特願平8−311432号に開示されている
ものがある。すなわち、この特願平8−311432号
に開示された装置では、工作機械のテーブル上に設置し
た割出回転可能な旋回台に投光器と受光器との間に1本
の光線を投射するように設け、該光線を遮断すると測定
信号ないしスキップ信号が送出されるようにし、このよ
うな1本の光線を利用して既知のマスタ工具と実用工具
とを工作機械の相対移動により該光線を遮断するように
移動させて夫々の三次元座標値におけるマスタ工具の座
標値を基準とし、実用工具の工具先端位置を検出する装
置が開示されている。このような光線を利用した非接触
式の工具先端位置検出装置の他にレーザー光線やライン
センサを利用した工具計測装置等が種々周知にされてい
るので、このような非接触式工具先端位置検出装置を利
用すれば、本発明に係る測定ヘッド10の測定子11に
おける先端位置や外径寸法を検出して容易に測定子11
の中心位置(x0 ,y0 ,z0 )を求めることができる
のである。このようにして求めた測定子11の中心位置
(x0 ,y0 ,z0 )を既知である主軸9の軸心と三次
元空間内において対比すれば、図3の測定工程S3にお
ける測定子11の偏心量(ΔX,ΔY)及び偏差量(Δ
Z)を求め得ることは自明であり、求めた偏心量(Δ
X,ΔY)及び偏差量(ΔZ)は、偏心・偏差量記憶部
41に工程S4で記憶する。
Next, at the measuring step S2 shown in FIG. 3, the center position (x 0 ,
A method and means for obtaining x 0 , z 0 ) will be briefly described. That is, the center position (x 0 , y 0 ,
When measuring z 0 ), for example, the position of the tip of the probe 11 is detected using a non-contact type tool tip position detection device or the like provided on the table 12 or the like of the machine tool M to measure the probe. The center position can be easily obtained by obtaining the outer diameter dimension of 11 and the position of the most distal end point. Such a non-contact type tool tip position detecting device is already known in the market and the like, but as a typical example, it is disclosed in Japanese Patent Application No. 8-311432 filed by the applicant of the present application. There is something. That is, in the device disclosed in Japanese Patent Application No. 8-311432, one light beam is projected between the light emitter and the light receiver on the rotatable swivel table installed on the table of the machine tool. A measuring signal or a skip signal is transmitted when the light beam is cut off, and the light beam is cut off by the relative movement of the machine tool between a known master tool and a practical tool using such one light beam. An apparatus for detecting the tool tip position of a practical tool is disclosed by using the coordinate value of the master tool in each of the three-dimensional coordinate values as a reference by moving the tool. In addition to the non-contact type tool tip position detecting device using such a light beam, various tool measuring devices using a laser beam and a line sensor are well known. Is used, the tip position and the outer diameter dimension of the measuring head 11 of the measuring head 10 according to the present invention can be detected and easily measured.
The center position (x 0 , y 0 , z 0 ) of can be obtained. If the center position (x 0 , y 0 , z 0 ) of the probe 11 thus obtained is compared with the known axial center of the main shaft 9 in the three-dimensional space, the probe in the measurement step S3 of FIG. 11 eccentricity amount (ΔX, ΔY) and deviation amount (Δ
It is obvious that Z) can be calculated, and the calculated eccentricity (Δ
X, ΔY) and the deviation amount (ΔZ) are stored in the eccentricity / deviation amount storage unit 41 in step S4.

【0042】次に、図3の測定工程S5、S6に示す測
定ヘッド10の測定子11の法線方向毎に異なる押代P
Lを校正手段を用いて求め、押代データテーブルを作成
する方法の一実施形態を説明する。まず、図5に示す既
知半径Rを有した校正球72を校正手段として用いるこ
とにより、測定ヘッド10の測定子11の押代PLnを
求める原理を説明する。
Next, the pressing margin P which is different for each normal direction of the tracing stylus 11 of the measuring head 10 shown in the measuring steps S5 and S6 of FIG.
An embodiment of a method for obtaining L using a calibrating means and creating a pressing margin data table will be described. First, the principle of obtaining the pressing margin PLn of the tracing stylus 11 of the measuring head 10 by using the calibration sphere 72 having the known radius R shown in FIG. 5 as the calibration means will be described.

【0043】すなわち、例えば工作機械Mのテーブル1
2上に校正球72を設置し、この校正球72の球半径を
測定ヘッド10の測定子11によって実測することによ
り、測定子11の押代PLnを求めるものである。この
場合には、先ず、予め周知のインジケータ装置を工作機
械Mの主軸9に装着して校正球72の表面にインジケー
タ装置を当接させて同一振れ目盛りを示す少なくとも4
点位置の三次元座標値を読み取ることにより、校正球7
2の中心位置を求める。
That is, for example, the table 1 of the machine tool M
The calibrating sphere 72 is installed on the measuring sphere 72, and the sphere radius of the calibrating sphere 72 is measured by the measuring element 11 of the measuring head 10 to obtain the pressing margin PLn of the measuring element 11. In this case, first, a well-known indicator device is attached to the spindle 9 of the machine tool M in advance, and the indicator device is brought into contact with the surface of the calibration sphere 72 to show at least 4 same scale marks.
By reading the three-dimensional coordinate value of the point position, the calibration sphere 7
Find the center position of 2.

【0044】次いで、工作機械Mの主軸9に測定ヘッド
10を装着し、その測定子11によって校正球72の求
めた中心位置と球面上の任意の4測定点とを結ぶ直線、
つまり各測定点に立てた法線方向を求める。その後、測
定子11を、3軸方向への送り手段、例えば、工作機械
MのX,Y,Z方向の送り機構Fx、Fy、Fzの送り
駆動によって校正球72の表面の目標とする測定点に関
する測定開始点へ、図2に示したワークWの測定工程の
場合と同様にして位置決めする。すなわち、この測定開
始点への位置決めには、既に求めた測定子11の偏心量
(ΔX,ΔY)、偏差量(ΔZ)を勘案して測定子11
の中心位置が接近動作のための法線上に来るように位置
決めする。次に、校正球72の4つの測定点の位置へそ
れぞれの法線方向から接近動作させて測定子11による
接触に応じて測定信号が測定ヘッド10から発せられる
都度、測定信号検出部21(図1参照)で検出し、その
とき、位置検出部19において校正球72上の4測定点
の三次元座標値を検出する。これらの4つの測定点の座
標値から定義される球面の半径Rsを演算する。そして
この演算結果から得られた実測値としての校正球72の
半径Rsと、測定子11の半径rと既知の半径値Rとの
間には押代PLnが介在するので、 PLn=(R+r)−(Rs) ・・・・(7) の式(7)から測定子11の法線方向に対応した押代P
Lnを求めることができるのである。
Next, the measuring head 10 is mounted on the main shaft 9 of the machine tool M, and a straight line connecting the center position of the calibration sphere 72 determined by the probe 11 and four arbitrary measuring points on the spherical surface,
That is, the normal direction set at each measurement point is obtained. After that, the tracing stylus 11 is fed by means of feeding in three axial directions, for example, feed driving of feeding mechanisms Fx, Fy, Fz in the X, Y, Z directions of the machine tool M, and target measurement points on the surface of the calibration sphere 72. Positioning is performed to the measurement starting point in the same manner as in the measurement step of the workpiece W shown in FIG. That is, in positioning at the measurement starting point, the eccentricity amount (ΔX, ΔY) and the deviation amount (ΔZ) of the tracing stylus 11 which have already been obtained are taken into consideration.
Position so that the center position of is on the normal line for the approaching motion. Next, each time the measurement head 10 is caused to approach the positions of the four measurement points of the calibration sphere 72 from their respective normal directions, and a measurement signal is emitted from the measurement head 10 in response to contact with the probe 11, the measurement signal detector 21 (Fig. 1)), and at that time, the position detector 19 detects the three-dimensional coordinate values of the four measurement points on the calibration sphere 72. The radius Rs of the spherical surface defined by the coordinate values of these four measurement points is calculated. Since the pressing margin PLn is present between the radius Rs of the calibration sphere 72 as the actual measurement value obtained from this calculation result and the radius r of the probe 11, and the known radius value R, PLn = (R + r) -(Rs) ··································· (7) from the expression (7)
Ln can be obtained.

【0045】さて、上述した測定ヘッド10の測定子1
1の押代PLnは、既述のように、その測定時における
接近動作方向、つまり、種々の測定点に対する法線方向
が異なる毎に、一般的には異なった押代を呈する。この
ため、本発明は、予め測定子11の押代が法線方向によ
り異なることを考慮して、図6に略示するように、校正
球72の球面の複数の選定した校正点にそれぞれの法線
方向から接近動作させることにより、上記式(7)によ
り演算される押代PLnを複数個求め、しかもこれらの
複数個の押代PL1,PL2,・・・PLn・・PL1
m,PL2m・・・PL4m・・・と、校正球面におけ
る各点の位置を一義的に定める緯度φ、経度θと対応さ
せて押代データテーブルを作成する。図6には、この押
代データテーブルも図示されている。ここで、校正球面
における各点の位置に対応して1つの法線方向が定まる
ので、押代データテーブルの緯度φ、経度θで示す位置
は、1つの法線方向に対応していることは言うまでもな
い。故に、図6に図示の押代データテーブルは、測定子
11の種々の法線方向に対応した押代を示すものと理解
することができる点に注目を要する。
Now, the tracing stylus 1 of the above-mentioned measuring head 10
As described above, the pressing margin PLn of 1 generally exhibits different pressing margins each time the approaching movement direction at the time of measurement, that is, the normal direction to various measurement points is different. Therefore, in the present invention, considering that the pressing margin of the probe 11 differs depending on the normal direction in advance, the plurality of selected calibration points on the spherical surface of the calibration sphere 72 are respectively arranged as shown in FIG. Plural press allowances PLn calculated by the above equation (7) are obtained by approaching from the normal direction, and these press allowances PL1, PL2, ... PLn.
m, PL2m ... PL4m ... And the latitude data φ and the longitude θ that uniquely determine the position of each point on the calibration spherical surface are used to create the press allowance data table. This pressing margin data table is also shown in FIG. Here, since one normal direction is determined corresponding to the position of each point on the calibration spherical surface, the position indicated by latitude φ and longitude θ in the press allowance data table does not correspond to one normal direction. Needless to say. Therefore, it should be noted that the pressing margin data table shown in FIG. 6 can be understood as indicating pressing margins corresponding to various normal line directions of the probe 11.

【0046】このようにして作成された押代データテー
ブルは、データ記憶部40の押代データ記憶部43(図
1参照)に記憶される(図3の工程S6)。次に、この
ように押代データ記憶部43に記憶された押代データテ
ーブルからワークWの各測定目標点P1,P2,・・・Pn
の測定時に、測定子11が呈する押代PL(PLX, P
Y, PLZ) を演算して求める工程S7に就いて、図6
〜図9を用いて説明する。
The pressing allowance data table thus created is stored in the pressing allowance data storage section 43 (see FIG. 1) of the data storage section 40 (step S6 in FIG. 3). Next, based on the press allowance data table stored in the press allowance data storage unit 43 in this manner, the respective measurement target points P1, P2, ...
The press allowance PL (PL X , P
FIG. 6 shows the step S7 in which L Y , PL Z ) is calculated.
~ It demonstrates using FIG.

【0047】いま、ワークWの測定目標点P1,P2,・・
・Pnにおいて代表的に測定目標点P1 を測定ヘッド1
0の測定子11によって測定する場合を考察する。この
ときには、既述のように、測定目標点P1 における法線
方向を予め測定プログラムMRPで指令される法線方向
または図7に基づいて説明したように、測定目標点P1
の近傍点の座標値を実測し、これらの実測座標値で定ま
る測定目標点P1を含む狭小平面Mの法線VLの方向に
選定する。
Now, the measurement target points P1, P2, ...
・ Measurement target point P1 is representative of the measurement head 1 in Pn
Consider a case where measurement is performed with a probe 11 of 0. At this time, as described above, the normal direction at the measurement target point P1 is the normal direction instructed in advance by the measurement program MRP or, as described with reference to FIG.
The coordinate values of the neighboring points are measured and selected in the direction of the normal VL of the narrow plane M including the measurement target point P1 determined by these measured coordinate values.

【0048】次いで、同測定目標点P1 を測定子11が
測定する場合の押代PL(PLX,PLY, PLZ) を法線
VLに直接、対応した法線方向の押代データテーブル
(図6参照)から得ることは難しい。つまり、測定目標
点P1,P2,・・・Pnの全点を網羅する程、押代データ
テーブルは押代を記憶している訳ではないからである。
よって、法線VLに近い法線を押代データテーブルの緯
度φ、経度θの中から複数個選定する。一例として、4
つの法線を選定したものとする。このような4つの法線
を持つ4点は、当然に校正球72(図5、図6参照)の
表面上の4点Q1,Q2,Q3,Q4 であり、測定目標点P1
における法線VLに相当する法線方向を有した校正球面
上の点(これを対応して点P1 とする) は、図9に示す
ように、校正球面上において上記の4点Q1,Q2,Q3,Q
4 の内部にある。図9における4点Q1,Q2,Q3,Q4 お
よび点P1 の領域Lを取り出して図示したものが図7、
図8である。
Next, the press allowance PL (PL X , PL Y , PL Z ) when the probe 11 measures the measurement target point P 1 is directly applied to the normal VL, and the press allowance data table ( (See Figure 6) is difficult to obtain. In other words, the press allowance data table does not store the press allowance so much as to cover all the measurement target points P1, P2, ... Pn.
Therefore, a plurality of normal lines close to the normal line VL are selected from the latitude φ and the longitude θ of the press allowance data table. As an example, 4
Two normals have been selected. Naturally, the four points having such four normals are the four points Q1, Q2, Q3, Q4 on the surface of the calibration sphere 72 (see FIGS. 5 and 6), and the measurement target point P1.
As shown in FIG. 9, the points on the calibration sphere having the normal direction corresponding to the normal line VL (corresponding to points P1) on the calibration sphere are the above-mentioned four points Q1, Q2, Q3, Q
Located inside 4. The area L of the four points Q1, Q2, Q3, Q4 and the point P1 in FIG.
It is FIG.

【0049】図8を参照すると、4点Q1,Q2,Q3,Q4
における夫々の法線方向に対応した測定子11の押代が
押代ベクトルPL1m, PL2m, PL3m, PL4mであった
とするなら、まず、点Q1,Q4 の間および点Q2,Q3 の
間を結ぶ円弧状線と、点P1を通る円弧状線との交点と
して求まる点Q5,Q6 を求め、Q2,Q5 とQ5,Q3 との
円弧状線の長さ比率から点Q5 における押代ベクトルを
点Q2,Q3 における押代ベクトルの比率配分で演算して
求め、同様に、点Q6 についても同じような演算手法に
よって同点Q6 の押代ベクトルを求める。次いで、点Q
5,P1 間及び点P1,Q6 間の円弧状線の長さ比率に基づ
いて点Q5,Q6,の押代ベクトルを比率配分で演算して究
極的に点P1 における押代PL(PLX, PLY, PLZ)
を求めるものである。このような演算は、図1に示す
測定用押代演算部54において遂行する。かくして求め
た測定目標点P1 の押代PL(PLX, PLY, PLZ)
を用いて押代補正部55において、ワークWの測定目標
点P1 における実測した座標値(x,y,z)に対して
補正を行うようにすれば良いのである。
Referring to FIG. 8, four points Q1, Q2, Q3, Q4
If the press allowances of the probe 11 corresponding to the respective normal directions in are the press allowance vectors PL1m, PL2m, PL3m, PL4m, first, a circle connecting the points Q1 and Q4 and the points Q2 and Q3. The points Q5 and Q6, which are found as the intersections of the arcuate line and the arcuate line passing through the point P1, are obtained, and the pushing margin vector at the point Q5 is determined from the length ratio of the arcuate line between Q2, Q5 and Q5, Q3. The push allowance vector of Q3 is calculated by the ratio distribution of the push allowance vector, and similarly, the push allowance vector of the same point Q6 is also obtained for the point Q6 by the same calculation method. Then point Q
Based on the length ratio of the arcuate line between points 5, P1 and points P1, Q6, the pushing margin vector of points Q5, Q6 is calculated by ratio distribution, and finally the pushing margin PL (PL X , PL X at point P1 is calculated. PL Y , PL Z )
Is to seek. Such a calculation is performed in the measurement pressing margin calculating unit 54 shown in FIG. The push margin PL (PL X , PL Y , PL Z ) of the measurement target point P1 thus obtained
It suffices to correct the actually measured coordinate values (x, y, z) at the measurement target point P1 of the work W in the pressing margin correcting unit 55 using.

【0050】以上に記載したように、測定工程S2〜S
7を経て測定ヘッド10の測定子11が有する偏心量
(ΔX,ΔY)及び偏差量(ΔZ)と測定時の接近動作
方向、つまり法線方向に対応した押代PL(PLx,P
Ly,PLz)を求め、測定工程S8〜S10を遂行す
れば測定目標点P1 の補正された座標値(HX, HY, H
Z) を求めることができるのである。従って、更に図4
のフローチャートにおける測定工程S11に示すよう
に、各測定目標点P2 〜Pnに就いても同様の測定工程
を測定ヘッド10の測定子11によって繰り返し遂行す
れば、全ての測定点P1 〜Pnに就いて補正された座標
値(HX, HY, HZ) を求めることができる。故に、こ
れらの補正された全座標値(HX, HY, HZ) を用いて
ワーク形状寸法演算部57(図1参照)によって三次元
空間における座標値を連接して形状寸法を求める演算を
実行すれば、図4の測定工程S12で示すように、ワー
クWの形状寸法の測定を高精度の実行することができる
のである。
As described above, the measuring steps S2 to S
Eccentricity of the probe 11 of the measuring head 10
(ΔX, ΔY) and deviation amount (ΔZ) and approaching operation during measurement
Direction PL, PL, PLx, P
Ly, PLz) and perform measurement steps S8 to S10
If so, the corrected coordinate value (HX, HY, H
Z) Can be obtained. Therefore, as shown in FIG.
As shown in the measuring step S11 in the flowchart of
The same measurement process is applied to each of the measurement target points P2 to Pn.
Is repeatedly performed by the tracing stylus 11 of the measuring head 10.
If so, the coordinates corrected for all the measurement points P1 to Pn
Value (HX, HY, HZ) Can be asked. Therefore, this
All corrected coordinate values (HX, HY, HZ) Using
Three-dimensional by the work shape dimension calculator 57 (see FIG. 1)
An operation that connects the coordinate values in space to obtain the geometric dimension
If it is executed, as shown in the measurement step S12 of FIG.
Highly accurate measurement of the geometry of W
Of.

【0051】上述では、工作機械Mの主軸9に測定子1
1を有する測定ヘッド10を装着した場合、つまり、主
軸9に装着された測定ヘッド10の測定子11の中心位
置の座標値(x0, y0, z0)と主軸9の軸心とのずれ分
に当たる偏心量(ΔX,ΔY)及び主軸9の軸心方向に
おける所定の基準位置からのずれ分に当たる偏差量(Δ
Z)が既存していることを前提にして、ワークWの形状
寸法測定方法を説明した。しかし、三次元測定機等を利
用してワークWの形状寸法測定を行うときには、一般的
にその測定プログラムは測定ヘッドの測定子の中心を基
準にして作成されるので、前記偏心量及び偏差量を考慮
する必要はなく、測定ヘッドに不可避的に包含され、測
定方向に応じて異なる押代のみを測定座標値に対して補
正すれば良いのである。
In the above description, the probe 1 is attached to the spindle 9 of the machine tool M.
1 is mounted, that is, the coordinate value (x 0 , y 0 , z 0 ) of the center position of the probe 11 of the measuring head 10 mounted on the spindle 9 and the axis of the spindle 9 are Eccentricity amount (ΔX, ΔY) corresponding to the deviation amount and deviation amount (ΔX amount corresponding to the deviation amount from the predetermined reference position in the axial direction of the main shaft 9).
The method for measuring the shape and dimension of the work W has been described on the assumption that Z) already exists. However, when measuring the shape and dimension of the work W using a three-dimensional measuring machine or the like, the measuring program is generally created with reference to the center of the probe of the measuring head. It is not necessary to consider the above, and it suffices to correct only the pressing margin which is inevitably included in the measuring head and differs depending on the measuring direction with respect to the measured coordinate value.

【0052】[0052]

【発明の効果】以上、本発明の種々の実施形態を含めた
説明から明らかなように、本発明によれば、ワークの形
状寸法を、主軸に装着した測定ヘッドの測定子により測
定することが可能であるとともに、同測定ヘッドの測定
子の中心位置が主軸軸心に対して偏心および偏差を有し
て装着されていても、更には測定ヘッドに不可避的に包
含され、測定時の接近方向に応じて異なる押代を持つ押
代特性を呈する場合であっても、その測定時の押代を予
め求めた押代データテーブルから演算的に求め、求めた
押代で測定点の座標値を補正することが可能であり、従
って、ワークの形状寸法を高精度に測定することができ
るのである。
As is apparent from the description including the various embodiments of the present invention, according to the present invention, the shape and size of the work can be measured by the probe of the measuring head mounted on the spindle. It is possible, and even if the center position of the contact point of the measuring head is mounted with eccentricity and deviation with respect to the main shaft axis, it is also inevitably included in the measuring head, and the approach direction at the time of measurement Even when exhibiting different press allowance characteristics with different press allowances, the press allowance at the time of the measurement is calculated from the press allowance data table obtained in advance, and the coordinate value of the measurement point is calculated with the obtained allowance. It is possible to correct, and therefore, the geometrical dimension of the work can be measured with high accuracy.

【0053】なお、上述した本発明の測定装置において
主軸に装着される測定ヘッドは、接触式の測定子を有す
る場合であっても、非接触式の測定子を有する場合であ
っても、主軸に対して測定ヘッドに工具に代えて装着す
ることに伴う偏心、偏差の発生は不可避であり、また非
接触式の測定ヘッド、例えば、電気容量式またはうず電
流式の測定ヘッドの測定子であってもワークの測定目標
点の座標検出においては一定の閾値が接触式の測定ヘッ
ドで言うところの押代に相当して既存することから、本
発明の測定方法、測定装置の作用原理に基づいて測定を
実施すれば、高精度のワーク形状寸法の測定が実施可能
であることは容易に理解できよう。
In the above-described measuring device of the present invention, the measuring head mounted on the spindle may have either a contact type contact point or a non-contact type contact point. On the other hand, it is inevitable that eccentricity and deviation will occur when the measuring head is mounted instead of a tool, and it is a contact point of a non-contact type measuring head, for example, a capacitance type or eddy current type measuring head. However, in the coordinate detection of the measurement target point of the workpiece, a certain threshold value is existing corresponding to the pressing margin of the contact type measuring head. Therefore, based on the measuring method of the present invention, the working principle of the measuring device. It can be easily understood that highly accurate measurement of the work shape dimension can be performed by performing the measurement.

【0054】また、上述した実施形態では、校正手段と
して既知半径Rを有した校正球を用いて押代データテー
ブルを作成し、それから演算的にワークの測定目標点に
おける押代を求めるようにしたが、校正手段としては校
正球に限るものではなく、例えば、ワークと合同形状の
マスタワークを校正手段に用いて押代データテーブルを
作成する等の手法、原理を採用することも可能である。
Further, in the above-mentioned embodiment, the pressing allowance data table is created by using the calibration sphere having the known radius R as the calibrating means, and the pressing allowance at the measurement target point of the work is calculated from it. However, the calibrating means is not limited to the calibrating sphere, and it is also possible to adopt a method or principle of creating a press allowance data table by using, for example, a master work having a congruent shape as the work as the calibrating means.

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

【図1】本発明に係るワークの形状寸法の測定方法を実
施するために用いられる測定装置の全体的構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a measuring apparatus used for carrying out a method for measuring a shape and dimension of a work according to the present invention.

【図2】主軸に装着された測定ヘッドの測定子が主軸軸
心に対して偏心、偏差し、かつ測定子が接近方向に異な
る押代を有した状態で、ワークの測定目標点を本発明に
よる測定方法によって測定を実施する場合の測定過程を
説明するための略示説明図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating a measurement target point of a workpiece according to the present invention in a state where a tracing stylus of a measuring head mounted on a spindle is eccentric or deviated from a spindle axis center and the tracing stylus has different pressing margins in an approaching direction. FIG. 3 is a schematic explanatory diagram for explaining a measurement process when the measurement is performed by the measurement method according to FIG.

【図3】本発明によるワークの形状寸法測定を実施する
場合のフローチャートの前半部分である。
FIG. 3 is a first half portion of a flow chart when the shape dimension measurement of a work according to the present invention is performed.

【図4】本発明によるワークの形状寸法測定を実施する
場合のフローチャートの後半部分である。
FIG. 4 is the latter half of the flow chart when the shape dimension measurement of the work according to the present invention is performed.

【図5】既知の半径寸法を有した基準校正球を校正手段
に用いて、例えば、工作機械のテーブル上に設置し、主
軸に装着した測定ヘッドの測定子が有する押代を検出す
る工程を説明するための略示説明図である。
FIG. 5 shows a step of using a reference calibration sphere having a known radius dimension as a calibrating means, for example, installing it on a table of a machine tool and detecting a pressing margin of a probe of a measuring head mounted on a spindle. It is a schematic explanatory view for explaining.

【図6】基準校正球の球表面における複数の押代測定点
に対して、該押代測定点のそれぞれに一義的に決まる法
線方向から測定ヘッドの測定子を接近させることによ
り、押代測定点の位置、従って法線方向と対応して該測
定子の押代を求め、押代データテーブルを得る過程を説
明する説明図である。
FIG. 6 is a view showing a plurality of pressing margin measuring points on the sphere surface of a reference calibration sphere, where the contact point of the measuring head is made to approach from each of the pressing margin measuring points in the direction of the normal line uniquely determined. It is explanatory drawing explaining the process which calculates | requires the press allowance of the said measuring element corresponding to the position of a measurement point, therefore, a normal line direction, and obtains a press allowance data table.

【図7】ワークの目標測定点P1 における法線ベクトル
の求め方の一例と、同点P1 における押代を基準校正球
を用いて得た押代データテーブルの複数点Q1 、Q2
3 、Q4 から得た複数の押代に基づいて演算する過程
を説明する略示説明図である。
FIG. 7 shows an example of how to obtain a normal vector at a target measurement point P 1 of a work, and a plurality of points Q 1 , Q 2 of a pressing margin data table obtained by using a reference calibration sphere for the pressing margin at the same point P 1 .
Q 3, a schematically shown diagram a process of calculating explained on the basis of a plurality of押代obtained from Q 4.

【図8】同様に、ワークの目標測定点P1 における押代
を基準校正球を用いて得た押代データテーブルの複数点
1 、Q2 、Q3 、Q4 から得た複数の押代に基づいて
演算する過程を説明する略示説明図である。
[8] Similarly, the plurality of obtained from a plurality of points Q 1, Q 2, Q 3 , Q 4 of押代data table obtained using the reference calibration sphere押代in the target measurement point P 1 of the workpiece push It is a schematic explanatory drawing explaining the process of calculating based on cost.

【図9】上記の点P1 、Q1 、Q2 、Q3 、Q4 を基準
校正球の表面にプロットした様子を示す平面図である。
FIG. 9 is a plan view showing a state in which the points P 1 , Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 are plotted on the surface of a reference calibration sphere.

【図10】一般的に工作機械の主軸に装着された測定ヘ
ッドが有する測定子(接触式の球状測定フィーラの例を
示す)によってワーク等の被測定対象物の測定目標点を
測定する際において、主軸軸心と測定子の中心とが正し
く一致した状態で測定開始点から測定目標点へ同点に立
てた法線方向にアプローチ(接近動作)させた場合の状
況を模式的に説明するための略示説明図である。
FIG. 10 When measuring a measurement target point of an object to be measured, such as a work, by a tracing stylus (an example of a contact-type spherical measuring feeler) that a measuring head mounted on a spindle of a machine tool generally has , In order to schematically explain the situation when approaching (approaching) from the measurement start point to the measurement target point in the normal direction standing at the same point in the state where the spindle axis center and the center of the contact point are correctly aligned, FIG.

【図11】主軸の軸心に対する測定ヘッドの測定子中心
の偏心量と偏差量とを模式的に示すための略示説明図で
ある。
FIG. 11 is a schematic explanatory view for schematically showing an eccentric amount and a deviation amount of a center of a tracing stylus of a measuring head with respect to an axis of a main shaft.

【図12】工作機械の主軸に装着された測定ヘッドが有
する測定子(接触式の球状測定フィーラの例を示す)に
よってワーク等の被測定対象物の測定目標点を測定する
際において、主軸軸心と測定子の中心とが不一致のまま
で測定開始点から測定目標点へ同点に立てた法線方向に
アプローチ(接近動作)させた場合の状況を模式的に説
明するための略示説明図である。
FIG. 12 is a view showing a spindle axis when measuring a measurement target point of an object to be measured such as a work by a tracing stylus (an example of a contact-type spherical measuring feeler) included in a measuring head mounted on a spindle of a machine tool; Schematic explanatory diagram for schematically explaining the situation when approaching (approaching operation) from the measurement start point to the measurement target point in the normal direction standing at the same point while the center and the center of the contact point do not match. Is.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

9…主軸 10…測定ヘッド 11…測定子 13…測定プログラム読取部 15…動作指令部 17…軸移動制御部 19…位置検出部 21…測定信号検出部 30…補正量演算部 31…偏心・偏差量演算部 33…校正用押代演算部 40…データ記憶部 41…偏心・偏差量記憶部 43…押代データ記憶部 50…測定値演算部 51…測定座標値検出部 53…偏心・偏差量補正部 54…測定用押代演算部 55…押代補正部 57…ワーク形状寸法演算部 72…基準校正球 M…工作機械 W…ワーク MRP…測定プログラム 9 ... Spindle 10 ... Measuring head 11 ... Stylus 13 ... Measurement program reading unit 15 ... Operation command section 17 ... Axis movement control unit 19 ... Position detector 21 ... Measured signal detector 30 ... Correction amount calculation unit 31 ... Eccentricity / deviation amount calculator 33 ... Calibration allowance calculation unit 40 ... Data storage unit 41 ... Eccentricity / deviation amount storage unit 43 ... Pushing allowance data storage section 50 ... Measured value calculator 51 ... Measured coordinate value detection unit 53 ... Eccentricity / deviation correction unit 54 ... Pushing allowance calculation unit for measurement 55 ... Pushing allowance correction section 57 ... Work shape dimension calculation unit 72 ... Standard calibration sphere M ... Machine tools W ... work MRP ... Measurement program

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−63664(JP,A) 特開 平2−44207(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23Q 17/20 G01B 21/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-4-63664 (JP, A) JP-A-2-44207 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) B23Q 17/20 G01B 21/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 ワークの表面の座標値を主軸に装着した
測定ヘッドの測定子によって測定するワークの形状寸法
測定方法において、 前記主軸に装着された前記測定ヘッドの測定子の中心位
置の座標値(x0, y0, z0)と前記主軸の軸心とのず
れ分に当たる偏心量(ΔX,ΔY)及び前記主軸の軸心
方向における所定の基準位置からのずれ分に当たる偏差
量(ΔZ)を求め、 前記求めた偏心量(ΔX,ΔY)及び偏差量(ΔZ)を
記憶し、 既知寸法を有した所定の校正手段の複数の校正用測定点
に向かう各法線方向に沿って前記測定ヘッドの測定子を
漸近移動させることにより前記測定子の各法線方向での
押代PLnを求め、 前記求めた測定ヘッドの測定子の各法線方向での押代P
Lnを前記各法線方向と対応付けて記憶し、 前記ワークの測定点の位置及び前記測定点に対応した測
定開始点の位置への移動指令を含んで予め作成された測
定手順に基づいて、前記主軸と前記ワークとを相対移動
させ、前記測定ヘッドの測定子を前記記憶した偏心量
(ΔX、ΔY)及び偏差量(ΔZ)を前記測定開始点の
位置に取り込んで求めた測定開始点へ位置決めし、 前記測定ヘッドの測定子を前記求めた測定開始点から前
記測定点へ向かう法線方向に沿って漸近移動させ、該測
定点における測定信号を受信したときの前記測定点の座
標値(x,y,z)を検出して、取り込み、 前記測定点の近傍の複数の法線方向を選定し、該選定し
た複数の法線方向に対応する複数の前記記憶した押代か
ら演算により前記ワークの測定時の法線方向に応じた押
代PLを求め、 前記取り込まれた測定点の座標値(x,y,z)に対し
て前記求めた押代PLと前記記憶した偏心量(ΔX,Δ
Y)及び偏差量(ΔZ)とにより補正した前記測定点の
座標値(Hx,Hy,Hz)を求め、 前記補正された測定点の座標値(Hx,Hy,Hz)か
ら前記ワークの形状寸法の測定値を演算する、 ことを特徴としたワークの形状寸法測定方法。
1. A method for measuring the shape and size of a work, wherein the coordinate values of the surface of the work are measured by a probe of a measuring head mounted on a spindle, the coordinate value of the center position of the probe of the measuring head mounted on the spindle. (X 0 , y 0 , z 0 ) and the amount of eccentricity (ΔX, ΔY) that corresponds to the amount of deviation from the axis of the spindle, and the amount of deviation (ΔZ) that corresponds to the amount of deviation from the predetermined reference position in the direction of the axis of the spindle. look, the eccentric amount ([Delta] X, [Delta] Y) determined and stored the deviation ([Delta] Z), the measurement along each normal line direction toward the plurality of calibration measurement point of a predetermined calibration means having a known dimension The push allowance PLn in each normal direction of the probe is obtained by asymptotically moving the probe of the head, and the press allowance Pn in each normal direction of the probe of the obtained measurement head is obtained.
Ln is stored in association with each of the normal directions, based on a measurement procedure created in advance including a position of a measurement point of the work and a movement command to a position of a measurement start point corresponding to the measurement point, To the measurement start point obtained by moving the spindle and the workpiece relative to each other, taking in the stored eccentricity amount (ΔX, ΔY) and deviation amount (ΔZ) of the probe of the measurement head to the position of the measurement start point. Positioning, the probe of the measuring head is asymptotically moved along the normal direction from the obtained measurement start point to the measurement point, and the coordinate value of the measurement point when the measurement signal at the measurement point is received ( (x, y, z) are detected and taken in, a plurality of normal line directions in the vicinity of the measurement point are selected, and a plurality of the stored press allowances corresponding to the selected plurality of normal line directions are calculated to calculate the In the normal direction when measuring the workpiece Flip seek 押代 PL was, coordinate values of the captured measurement point (x, y, z) eccentricity with the stored and 押代 PL obtained above with respect to ([Delta] X, delta
Y) and the deviation amount (ΔZ) are used to obtain the coordinate value (Hx, Hy, Hz) of the measurement point, and the shape and dimension of the workpiece are calculated from the coordinate value (Hx, Hy, Hz) of the corrected measurement point. A method for measuring the shape and size of a workpiece, characterized in that the measured value of is calculated.
【請求項2】 ワークの表面の座標値を主軸に装着した
測定ヘッドの測定子によって測定するワークの形状寸法
測定装置において、 前記主軸に装着された前記測定ヘッドの測定子の中心位
置の座標値(x0,y0,z0)と前記主軸の軸心とのず
れ分に当たる偏心量(ΔX,ΔY)及び前記主軸の軸心
方向における所定の基準位置からのずれ分に当たる偏差
量(ΔZ)を求める偏心・偏差量演算手段と、 前記偏心・偏差量演算手段で求めた偏心量(ΔX,Δ
Y)及び偏差量(ΔZ)を記憶する偏心・偏差量記憶手
段と、 前記測定ヘッドの測定子を既知寸法を有した所定の校正
手段の複数の校正用測定点へ向かう各法線方向に沿って
漸近移動させることにより前記測定子の各法線方向での
押代PLnを求める校正用押代演算手段と、 前記校正用押代演算手段で求めた前記測定ヘッドの測定
子の各法線方向での押代PLnを前記各法線方向と対応
付けて記憶する押代記憶手段と、 前記ワークの測定点の位置及び前記測定点に対応した測
定開始点の位置への移動指令を含んで予め作成された測
定手順に基づいて、前記主軸と前記ワークとを相対移動
させ、前記測定ヘッドの測定子を前記測定開始点の位置
に前記偏心・偏差量記憶手段で記憶した偏心量(ΔX,
ΔY)及び偏差量(ΔZ)を取り込んで求めた測定開始
点へ位置決めし、かつ前記求めた測定開始点から前記測
定点へ向かう法線方向に沿って漸近的に測定移動せしめ
る測定子移動手段と、 前記測定子移動手段によって前記測定ヘッドの測定子を
前記求めた測定開始点から前記測定点へ向かう法線方向
に沿って漸近移動させ、前記測定点における測定信号を
受信したときの前記測定点の座標値(x,y,z)を読
み取る測定座標値読取り手段と、 前記測定点の近傍の複数の法線方向を選定し、該選定し
た複数の法線方向に対応する複数の前記押代記憶手段で
記憶した押代から前記ワークの測定時の法線方向に応じ
た押代PLを求める測定用押代演算手段と、 前記測定座標値読取り手段によって読み取った前記測定
点の座標値(x,y,z)に対して、前記測定用押代演
算手段で求めた押代PLと前記偏心・偏差量記憶手段で
記憶した偏心量(ΔX,ΔY)及び偏差量(ΔZ)とに
より補正をした前記測定点の座標値(Hx, Hy, H
z)を求める補正座標値演算手段と、を具備し、前記補
正座標値演算手段によって補正した前記ワークの測定点
の座標値(Hx, Hy, Hz)から前記ワークの形状寸
法を演算、測定することを特徴としたワークの形状寸法
測定装置。
2. A workpiece shape measuring apparatus for measuring coordinate values on a surface of a work by a probe of a measuring head mounted on a spindle, wherein a coordinate value of a center position of a probe of the measuring head mounted on the spindle. (X 0 , y 0 , z 0 ) and the amount of eccentricity (ΔX, ΔY) corresponding to the deviation of the axis of the main shaft and the amount of deviation (ΔZ) corresponding to the deviation of the main shaft from the predetermined reference position in the axial direction. And an eccentricity / deviation amount calculating means for obtaining the eccentricity / deviation amount (ΔX, Δ
Y) and an eccentricity / deviation amount storage means for storing the deviation amount (ΔZ), and along each normal line direction toward a plurality of calibration measurement points of a predetermined calibration means having a known dimension for the probe of the measuring head. And asymptotically moving it to obtain a pressing margin PLn in each normal direction of the probe, and a calibration pressing margin calculating means, and each normal direction of the measuring head of the measuring head obtained by the calibration pressing margin calculating means. The press allowance storage means for storing the press allowance PLn in the above in association with each normal direction, and the movement command to the position of the measurement point of the workpiece and the position of the measurement start point corresponding to the measurement point in advance. Based on the created measurement procedure, the spindle and the workpiece are moved relative to each other, and the eccentricity (ΔX, ΔX, stored in the eccentricity / deviation amount storage means at the position of the measurement start point of the probe of the measurement head is stored.
And a probe moving means for positioning the measurement start point obtained by taking in ΔY) and the deviation amount (ΔZ) and asymptotically moving along the normal direction from the obtained measurement start point to the measurement point. The measuring point when the measuring element of the measuring head is moved asymptotically along the normal direction from the obtained measurement starting point to the measuring point by the measuring element moving means, and the measuring signal at the measuring point is received. Measuring coordinate value reading means for reading the coordinate values (x, y, z) of the plurality of normal direction directions, and a plurality of normal direction directions in the vicinity of the measuring point are selected, and a plurality of the press allowances corresponding to the plurality of normal direction directions are selected. By storage
A measurement pressing margin calculating means for obtaining a pressing margin PL corresponding to the normal direction at the time of measuring the workpiece from the stored pressing margin, and coordinate values (x, y, x) of the measurement point read by the measurement coordinate value reading means. z) is corrected by the pressing margin PL obtained by the measuring pressing margin calculating means, the eccentricity amount (ΔX, ΔY) and the deviation amount (ΔZ) stored in the eccentricity / deviation amount storing means. Coordinates of points (Hx, Hy, H
z) for calculating the coordinate value of the workpiece, and the coordinate size (Hx, Hy, Hz) of the measurement point of the workpiece corrected by the coordinate value calculating means. This is a work shape measurement device.
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