KR100491267B1 - Method for evaluating measurement error in coordinate measuring machine and gauge for coordinate measuring machine - Google Patents
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Abstract
3차원 측정기용 게이지는 가상 기준 평면 내의 기준축에 대하여 경사진 적어도 하나의 직선 상에 중심이 일렬로 배열된 다수의 구체를 갖는다. 게이지는 3차원 측정기의 측정 테이블 상에 세팅된다. 좌표축 중 하나가 상기 기준축과 동일한 직각 좌표가 가상 기준 평면에 설정된다. 각 구체의 중심 좌표가 3차원 측정기에 의해 측정된다. 그 다음, 상기 게이지는 기준축에 대하여 180도 회전 및 반전되어 측정 테이블 상에 다시 설치된다. 좌표축 중 하나가 상기 기준축과 동일한 직각 좌표가 가상 기준 평면에 설정된다. 각 구체의 중심 좌표가 상기와 같은 방법으로 측정된다. 따라서, 3차원 측정기의 기계축의 직진도 및 기계축 사이의 직각도의 측정 오차가 쉽고 정밀하게 평가될 수 있다.The gauge for a three-dimensional measuring instrument has a plurality of spheres arranged in a line centered on at least one straight line inclined with respect to a reference axis in the virtual reference plane. The gauge is set on the measurement table of the three-dimensional measuring instrument. Rectangular coordinates in which one of the coordinate axes is the same as the reference axis are set in the virtual reference plane. The center coordinates of each sphere are measured by a three-dimensional measuring instrument. The gauge is then rotated 180 degrees with respect to the reference axis and inverted and placed back on the measurement table. Rectangular coordinates in which one of the coordinate axes is the same as the reference axis are set in the virtual reference plane. The center coordinates of each sphere are measured in the same way as above. Therefore, the measurement error of the straightness of the machine axis of the three-dimensional measuring machine and the perpendicularity between the machine axes can be easily and accurately evaluated.
Description
본 발명은, 예컨대, 기계 부품들의 치수 측정 등에 사용되는 3차원 측정기 자체의 여러 가지 측정 오차를 측정하여 평가하는 방법, 및 3차원 측정기의 오차 측정에 쓰이는 3차원 측정기용 게이지에 관한 것이다.The present invention relates to a method for measuring and evaluating various measurement errors of a three-dimensional measuring instrument itself, for example, for measuring dimensions of mechanical parts, and a gauge for a three-dimensional measuring instrument used for measuring errors of a three-dimensional measuring instrument.
서로 직각인 세 방향으로 이동 가능한 프로브를 갖는 공지된 3차원 측정기에 있어서, 피측정물의 치수를 측정하기 위해 이동 가능한 프로브의 첨단이 측정 테이블 상에 세팅된 피측정물에 접촉하게 된다. 피측정물은, 예컨대, 엔진이나 변속기의 케이스와 같은 기계 부품이 될 수 있다.In a known three-dimensional measuring instrument having probes movable in three directions perpendicular to each other, the tip of the movable probe is brought into contact with the measurement object set on the measurement table in order to measure the dimension of the measurement object. The object to be measured may be, for example, a mechanical part such as an engine or a case of a transmission.
일반적으로, 이러한 3차원 측정기에 있어서, 프로브는 서로 직각인 세 방향으로 이동 가능하다. 예를 들어, 일본 특개평 제H02-306101호 공보에는 피측정물이 세팅되는 측정 테이블의 대향하는 양 측면에서 연장하는 수평 가이드 레일을 따라 문형(gantry type)의 제1 이동체가 직선 이동 가능한 3차원 측정기가 기재되어 있다. 제1 이동체에는 제1 이동체의 이동 방향에 수직인 수평 방향으로 이동하도록 제2 이동체가 설치된다.In general, in such a three-dimensional measuring instrument, the probe is movable in three directions perpendicular to each other. For example, Japanese Patent Laid-Open No. H02-306101 discloses a three-dimensionally movable first movable object of a gantry type along a horizontal guide rail extending on opposite sides of a measurement table on which a measurement object is set. The meter is described. The second movable body is installed in the first movable body so as to move in a horizontal direction perpendicular to the moving direction of the first movable body.
제2 이동체에는 상하로 이동 가능한 스핀들부(spindle portion)가 마련되고, 이 스핀들부의 첨단에는 구체(ball)가 고정된 프로브가 있다. 측정 테이블 상에 세팅된 피측정물의 표면에 프로브의 구체를 접촉시키면서 프로브를 3차원 방향으로 이동시켜 피측정물 각 부분의 치수를 측정한다.The second moving body is provided with a spindle portion which can move up and down, and at the tip of the spindle portion is a probe having a ball fixed thereto. The probe is moved in three-dimensional direction while the sphere of the probe is brought into contact with the surface of the object to be set on the measurement table to measure the dimensions of each part of the object to be measured.
전술한 3차원 측정기에 있어서는, 프로브의 구체가 마모될 경우, 더 이상 정확한 측정을 기대할 수 없다. 이를 막기 위해, 측정 중 틈틈이 기준 게이지를 측정 테이블 상에 세팅하여, 상기 기준 게이지의 각 부분의 치수를 측정함으로써 프로브 구체의 마모에 의한 오차를 보정한다.In the above-described three-dimensional measuring instrument, when the sphere of the probe is worn out, it is no longer possible to expect accurate measurement. To prevent this, a gap during measurement is set on the measurement table to compensate for errors due to wear of the probe sphere by measuring the dimensions of each part of the reference gauge.
3차원 측정기의 측정 오차는 프로브 첨단의 이동을 안내하는 가이드 레일 등의 안내 부재의 편향이나 찌그러짐에 의해 발생하는 프로브 첨단의 구불구불한 이동에 의해 발생하는 오차나, 서로 직각인 두 방향으로 프로브의 이동을 안내하는 2개의 안내 부재 사이의 직각으로부터의 각도 편향 등을 포함한다.The measurement error of the three-dimensional measuring instrument is an error caused by the twisting movement of the probe tip caused by the deflection or distortion of the guide member such as the guide rail which guides the movement of the probe tip, or the direction of the probe in two perpendicular directions. Angular deflection from a right angle between two guide members guiding movement, and the like.
종래 기술에서, 3차원 측정기의 안내 부재의 직진도나 안내 부재 사이의 직각도는 측정 테이블 상에 다른 방향으로 세팅된 기준 게이지에 의해 이루어진다. 그러므로, 3차원 측정기의 오차 평가를 위한 측정 작업은 시간과 노동력을 필요로 한다.In the prior art, the straightness of the guide member of the three-dimensional measuring instrument or the perpendicularity between the guide members is made by a reference gauge set in a different direction on the measurement table. Therefore, the measurement work for the error evaluation of the three-dimensional measuring machine requires time and labor.
한편, 근년에는 정밀하고 복잡하게 가공된 제품의 치수를 측정하기 위해 회사나 공장에서 3차원 측정기의 가동율이 높아진 반면, 3차원 측정기는 경제적인 면이나 실용 면에서 정기적인 성능 검사 없이 계속해서 사용되고 있는 경향이 있다.On the other hand, in recent years, the utilization rate of the 3D measuring machine has increased in companies and factories to measure the dimensions of precisely and complexly processed products, while the 3D measuring machine has been continuously used without regular performance checks in economic and practical terms. There is a tendency.
3차원 측정기의 기계축의 직진도나 기계축 사이의 직각도와 관련된 오차 평가를 쉽고 정밀하게 할 수 있는 측정 오차 평가 방법을 제공함으로써 전술한 종래 기술의 약점을 제거하는 것이 본 발명의 목적이다.It is an object of the present invention to eliminate the above-mentioned weaknesses of the prior art by providing a measurement error evaluation method that can easily and precisely evaluate the error associated with the straightness between the machine axis or the perpendicularity between the machine axes of the three-dimensional measuring machine.
본 발명의 다른 목적은 상기 측정 오차 평가 방법에 사용하는 3차원 측정기용 게이지를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a gauge for a three-dimensional measuring instrument used in the measurement error evaluation method.
본 발명에 따른 3차원 측정기의 측정 오차 평가 방법은 피측정물에 대하여 서로 직각인 3개의 다른 축을 따라 프로브 첨단이 이동하는 3차원 측정기의 오차 평가에 적용된다.The measurement error evaluation method of the three-dimensional measuring instrument according to the present invention is applied to the error evaluation of the three-dimensional measuring instrument in which the probe tip moves along three different axes perpendicular to each other.
본 발명의 일 측면에 따르면, 프로브의 첨단이 피측정물에 대하여 3개의 상호 직교 기계축을 따라 이동하는 3차원 측정기의 측정 오차 평가 방법으로서,According to an aspect of the present invention, a method of evaluating a measurement error of a three-dimensional measuring instrument in which the tip of the probe is moved along three mutually orthogonal machine axes with respect to an object to be measured,
가상 기준 평면 내에 위치하여 이 가상 기준 평면 내에서 연장하는 기준축에 대하여 경사진 직선 상에 중심이 일렬로 배열된 다수의 구체를 갖는 3차원 측정기용 게이지를, 상기 기준축이 3차원 측정기의 3개의 기계축 중 하나의 기계축에 평행하고, 상기 가상 기준 평면이 3차원 측정기의 나머지 두 기계축 중 어느 하나에 평행하도록 3차원 측정기의 측정 테이블 상에 설치하는 제1 단계;A gauge for a three-dimensional measuring instrument having a plurality of spheres arranged in a line on a straight line inclined with respect to a reference axis extending within the virtual reference plane, the reference axis being a three-dimensional A first step of installing on a measuring table of the three-dimensional measuring machine such that the virtual reference plane is parallel to one of the two machine axes, and the virtual reference plane is parallel to one of the other two machine axes of the three-dimensional measuring machine;
하나의 좌표축이 상기 가상 기준 평면 내의 기준축 방향과 같은 직각 좌표를 설정하여, 이 좌표에 대한 각 구체의 중심 위치를 3차원 측정기로 측정하는 제2 단계;A second step in which one coordinate axis sets a rectangular coordinate equal to the direction of the reference axis in the virtual reference plane, and the center position of each sphere with respect to the coordinates is measured by a three-dimensional measuring instrument;
상기 3차원 측정기용 게이지를 상기 기준축에 대하여 180도 회전 및 반전시켜 상기 3차원 측정기의 측정 테이블 상에 다시 설치하는 제3 단계; 및A third step of rotating and inverting the gauge for the three-dimensional measuring instrument by 180 degrees with respect to the reference axis and reinstalling the three-dimensional measuring instrument on the measuring table of the three-dimensional measuring instrument; And
하나의 좌표축이 상기 가상 기준 평면 내의 기준축 방향과 같은 직각 좌표를 설정하여, 이 좌표에 대한 각 각 구체의 중심 위치를 3차원 측정기로 다시 측정하는 제4 단계를 포함하는 3차원 측정기의 측정 오차 평가 방법이 제공된다.A measurement error of the three-dimensional measuring instrument including a fourth step in which one coordinate axis sets a rectangular coordinate equal to the direction of the reference axis in the virtual reference plane, and the center position of each sphere with respect to the coordinate is measured again by a three-dimensional measuring instrument. An evaluation method is provided.
상기 제2 단계에서 얻어지는 3차원 측정기용 게이지의 기준축에 수직인 방향으로 i번째 구체의 중심 좌표 Yi와, 상기 제4 단계에서 얻어지는 3차원 측정기용 게이지의 기준축에 수직인 방향으로 i번째 구체의 중심 좌표 Y'i에 따라, (Yi-Y'i)/2의 최대값과 최소값 사이의 차를 산출함으로써 기준축 방향에 대한 기계축의 직진도를 평가할 수 있다.I coordinate of the i-sphere in the direction perpendicular to the reference axis of the gauge for three-dimensional measuring instruments obtained in the second step, and i-th sphere in the direction perpendicular to the reference axis of the gauge for three-dimensional measuring instruments obtained in the fourth step. The straightness of the machine axis relative to the reference axis direction can be evaluated by calculating the difference between the maximum value and the minimum value of (Yi-Y'i) / 2, according to the center coordinate of Y'i.
또한, 실시예에서는, 상기 제2 단계에서 얻어지는 게이지의 기준축 방향과 기준축에 수직인 방향에 대한 각 구체의 중심 좌표로부터 회귀선을 구하여 이 회귀선과 상기 기준축 사이의 각도 θ를 산출한 다음, 상기 제4 단계에서 얻어지는 게이지의 기준축 방향과 기준축에 수직인 방향에 대한 각 구체의 중심 좌표로부터 회귀선을 구하여 이 회귀선과 상기 기준축 사이의 각도 θ'를 산출하고, (θ- θ')/2를 이용해 상기 가상 평면에 평행한 두 기계축 사이의 직각도를 평가한다.Further, in the embodiment, the regression line is obtained from the center coordinates of each sphere with respect to the reference axis direction of the gauge obtained in the second step and the direction perpendicular to the reference axis, and the angle θ between the regression line and the reference axis is calculated, The regression line is obtained from the center coordinates of each sphere with respect to the reference axis direction of the gauge obtained in the fourth step and the direction perpendicular to the reference axis, and the angle θ 'between the regression line and the reference axis is calculated, and (θ-θ') Evaluate the squareness between two machine axes parallel to the imaginary plane using / 2.
본 발명의 다른 측면에 따르면,According to another aspect of the invention,
3차원 측정기의 프로브의 첨단이 접촉하는 다수의 구체와,A plurality of spheres in contact with the tip of the probe of the three-dimensional measuring instrument,
가상 기준 평면 내에 위치하여 이 가상 기준 평면 내에서 연장하는 기준축에 대하여 경사진 직선을 따라 배열된 구체를 지지하여, 상기 가상 기준 평면이 3차원 측정기의 임의의 두 기계축에 평행하고, 이들 두 기계축 중 하나의 기계축에 상기 기준축이 평행하도록 3차원 측정기에 설치 가능한 지지체를 구비한 3차원 측정기용 게이지가 제공된다.Supporting spheres arranged along a straight line inclined with respect to a reference axis located within and extending within the virtual reference plane, the virtual reference plane is parallel to any two machine axes of the three-dimensional measuring instrument, these two Provided is a gauge for a three-dimensional measuring instrument having a support mountable to the three-dimensional measuring instrument such that the reference axis is parallel to one of the machine axes.
바람직하게는, 상기 지지체는 사다리꼴 블록으로 형성되어, 상기 사다리꼴 블록 양측의 평행하지 않은 사면에 각각 평행한 사선을 따라 상기 구체가 일렬로 배열되어 설치된다.Preferably, the support is formed of a trapezoidal block, and the spheres are arranged in a line along diagonal lines parallel to non-parallel slopes on both sides of the trapezoidal block.
바람직하게는, 상기 지지체는 사다리꼴 관통 홀을 갖는 블록으로 형성되어, 상기 관통 홀의 대향하는 평행하지 않은 2개의 사면에 각각 평행한 선을 따라 상기 구체가 일렬로 배열되어 설치된다.Preferably, the support is formed of a block having trapezoidal through holes, and the spheres are arranged in a line along a line parallel to each of two opposite non-parallel slopes of the through holes.
본 발명은 측정 테이블 상에 세팅된 피측정물에 대하여 프로브 첨단을 서로 직각인 3개의 축 방향으로 이동, 접촉시켜 피측정물 각 부분의 치수를 측정하는 3차원 측정기의 측정 오차 평가에 적용된다.The present invention is applied to the measurement error evaluation of a three-dimensional measuring device for measuring the dimensions of each part of the object by moving and contacting the probe tip in three axial directions perpendicular to each other with respect to the object set on the measurement table.
3차원 측정기의 오차 평가는 떨어져 있는 두 점 사이의 거리를 측정하여 얻어진 실측치와 진치와의 오차 평가, 기계축을 따라 프로브를 이동시켜 얻어진 기계축의 직진도의 측정치 평가, 및 두 축 사이의 직각도 평가를 포함한다.The error evaluation of the three-dimensional measuring device includes the evaluation of the error between the measured value and the true value obtained by measuring the distance between two distant points, the measurement of the straightness of the machine axis obtained by moving the probe along the machine axis, and the perpendicularity evaluation between the two axes. It includes.
전술한 오차 평가에는, 가상 기준 평면 내에서 기준축에 대하여 비스듬한 방향으로 연장하는 경사선 상에 중심이 배열된 다수의 구체를 갖는 3차원 측정기용 게이지가 사용된다.In the above-described error evaluation, a gauge for a three-dimensional measuring instrument having a plurality of spheres centered on an inclined line extending in an oblique direction with respect to the reference axis in the virtual reference plane is used.
구체는 3차원 측정기의 오차 측정 중에 프로브 첨단을 접촉시키기 위해 적용된다. 표면이 소정의 지름을 갖는 높은 정밀도의 구면으로서 마무리된 구체들은 세라믹과 같이 열 팽창율이 낮은 경질 재료로 각각 제작된다.The sphere is applied to contact the probe tip during the error measurement of the three-dimensional measuring instrument. Spheres finished as high precision spheres with a predetermined diameter on the surface are each made of a hard material with low thermal expansion, such as ceramic.
이 구체들은 설치 고정물 또는 지그를 통해 3차원 측정기의 측정 테이블 상에 설치되는 지지체에 고정된다. 이 지지체는 열 팽창율이 낮은 고강도 재료, 예컨대, 화강암이나 불변강(non-shrinking steel) 등으로 제작될 수 있다.These spheres are fixed to a support which is mounted on the measuring table of the three-dimensional measuring instrument via an mounting fixture or jig. The support may be made of high strength materials with low thermal expansion, such as granite or non-shrinking steel.
3차원 측정기에 있어서, 지지체는 거의 편평한 사다리꼴 블록으로 제작될 수 있다. 구체들은 이 블록(지지체)의 한쪽 또는 양쪽의 경사진, 또는 평행하지 않은 면에, 각각의 구체 중심을 연결하는 직선 또는 선이 그 사면과 평행하게 연장하도록 고정된다.In a three-dimensional measuring instrument, the support can be made of an almost flat trapezoidal block. The spheres are fixed to the inclined or non-parallel side of one or both sides of this block (support) such that a straight line or line connecting each sphere center extends parallel to the slope.
상기 직선을 포함하는 가상 기준 평면의 법선은 사다리꼴 블록의 두께 방향으로 연장하고 기준축은 사다리꼴 블록의 평행면(밑면 및 윗면)에 수직이 되는 것이 바람직하다.The normal of the virtual reference plane including the straight line preferably extends in the thickness direction of the trapezoidal block and the reference axis is perpendicular to the parallel planes (bottom and top) of the trapezoidal block.
양쪽의 평행하지 않은 면(사면)에 구체가 배열된 등변 사다리꼴 블록으로 지지체가 구성되는 경우, 구체의 중심을 연결하는 두 직선은 하나의 가상 기준 평면 안에 포함되도록 하여 가상 기준 평면에 포함된 기준축에 대하여 대칭적으로 배치되는 것이 바람직하다.If the support consists of an equilateral trapezoidal block in which spheres are arranged on both non-parallel faces (slopes), the two straight lines connecting the centers of the spheres are contained within one virtual reference plane so that the reference axis is included in the virtual reference plane. It is preferably arranged symmetrically with respect to.
또한, 사다리꼴 관통 홀을 갖는 거의 편평한 블록으로 지지체를 구성하여, 복수의 구체를 상기 사다리꼴 관통 홀의 하나 또는 양쪽의 대향하는 사면, 또는 평행하지 않은 면에, 상기 구체의 중심을 연결하는 직선이 그 해당하는 사면에 평행하게 연장하도록 고정하여 구성할 수 있다.In addition, the support is constituted by a substantially flat block having a trapezoidal through hole, and a straight line connecting the center of the sphere to a plurality of spheres on one or both opposing slopes or non-parallel surfaces of the trapezoidal through hole is applicable. It can be configured to be fixed to extend parallel to the slope.
이 경우에도, 상기 직선을 포함하는 가상 기준선의 법선은 블록형의 지지체의 두께 방향으로 연장하고 기준축은 사다리꼴 관통 홀의 위아래의 평행면에 수직이 되는 것이 바람직하다.Also in this case, it is preferable that the normal of the virtual reference line including the straight line extends in the thickness direction of the block-shaped support and the reference axis is perpendicular to the parallel planes above and below the trapezoidal through hole.
더욱이, 상기 관통 홀이 등변 사다리꼴의 형태로서 그 양쪽의 평행하지 않은 면(사면)에 구체가 배열된 경우, 각각의 사면에서 구체의 중심을 연결하는 두 직선은 하나의 가상 기준 평면에 포함되도록 하여 이들 두 직선이 가상 기준 평면에 포함된 기준축에 대하여 대칭적으로 배치되는 것이 바람직하다.Furthermore, when the through-holes are in the form of equilateral trapezoids and spheres are arranged on both non-parallel sides (slopes), the two straight lines connecting the centers of the spheres in each slope are included in one virtual reference plane. These two straight lines are preferably arranged symmetrically with respect to the reference axis contained in the virtual reference plane.
본 발명에 따른 3차원 측정기용 게이지를 사용하여 3차원 측정기의 오차를 측정하는 경우, 기준축이 기계축 중 하나에 평행하고, 가상 기준 평면이 나머지 2개의 기계축 중 하나에 평행하도록 지지체의 위치를 바르게 맞추어, 3차원 측정기의 측정 테이블 상에 게이지를 세팅한다.When measuring the error of a three-dimensional measuring instrument using the gauge for a three-dimensional measuring instrument according to the present invention, the position of the support such that the reference axis is parallel to one of the machine axes, and the virtual reference plane is parallel to one of the other two machine axes. Set correctly the gauge on the measuring table of the 3D measuring instrument.
그 다음, 가상 기준 평면상에 설정된 기준축 방향과 이 기준축 방향에 수직인 2개의 상호 직각인 방향을 갖는 직각 좌표(게이지 좌표라고 한다)를 기준으로, 3차원 측정기용 게이지의 각 구체의 중심 위치를 측정한다.Next, the center of each sphere of the gauge for a three-dimensional measuring instrument, based on a rectangular coordinate (called a gauge coordinate) having a reference axis direction set on the virtual reference plane and two mutually perpendicular directions perpendicular to the reference axis direction. Measure the position.
가상 기준 평면은 떨어져 있는 적어도 세 점에 따라서 게이지 상에 정의될 수 있다. 게이지가 사다리꼴 블록으로 구성되어, 그 사다리꼴의 양쪽 사면(평행하지 않은 면)에 구체가 배열되는 경우, 가상 기준 평면은 각각 사면에서 각각의 구체 배열 양끝의 구체의 중심 위치를 측정함으로써 정의되어, 가상 기준 평면상에 게이지 좌표가 설정될 수 있다.A virtual reference plane can be defined on the gauge according to at least three points apart. If the gauge consists of a trapezoidal block and spheres are arranged on both sides of the trapezoid (non-parallel), the hypothetical reference plane is defined by measuring the center position of the spheres at each end of each sphere array at the slope, Gauge coordinates can be set on the reference plane.
게이지 좌표가 설정되면, 3차원 측정기의 기계축에 좌표축을 설정한 직각 좌표(기계 좌표라고 한다)에 게이지 좌표를 하나씩 대응시킬 수 있다.When the gauge coordinates are set, the gauge coordinates can be mapped one by one to rectangular coordinates (called machine coordinates) in which the coordinate axis is set on the machine axis of the three-dimensional measuring machine.
여기서, 각 구체의 중심 위치는 구면상의 서로 떨어진 5개의 점을 측정함으로써 결정된다. 이러한 측정은 규정되어 있는 구체의 순수한 지름을 기준으로 구체의 구형도(sphericity)를 확인하면서 행해진다.Here, the center position of each sphere is determined by measuring five points apart from each other on the spherical surface. These measurements are made while confirming the sphericity of the spheres based on the net diameters of the spheres specified.
예를 들어, 각 구체의 중심을 측정하기 위해, 각 구체의 적도상의 4점과 극점 하나를 포함하는 5개의 점의 위치를 3차원 측정기의 프로브를 사용하여 2회 측정하고, 이를 규정되어 있는 구체의 순수한 지름과 비교하여 구체의 구형도를 확인한다.For example, to measure the center of each sphere, the positions of four points on the equator of each sphere, including one pole and two poles, are measured twice using a probe of a three-dimensional measuring device, which is defined Determine the sphericity of the sphere by comparing it with the pure diameter of.
구체의 중심 위치 측정은, 우선 구체 배열의 선두 구체로부터 순차로 최후의 구체까지 측정하여 최후의 구체의 측정이 끝나면, 최후의 구체로부터 역순으로 선두 구체까지 순차로 측정하는 식으로 행해질 수 있다. 이것은 측정 작업을 안정시킨다.The measurement of the center position of the sphere may be performed by first measuring from the first sphere of the sphere array to the last sphere in sequence, and after the measurement of the last sphere is completed, in order from the last sphere to the first sphere in reverse order. This stabilizes the measurement work.
게이지 좌표에 대한 모든 구체의 중심 위치가 측정되면, 게이지를 기준축에 대해 180도 회전시켜 뒤집은 다음, 다시 3차원 측정기의 측정 테이블 상에 세팅하여 다시 게이지 좌표를 결정한다. 이어서, 180도 반전된 위치에 대해, 전술한 방법과 같이 게이지 좌표에 대한 구체의 중심 위치를 측정한다.Once the center position of all spheres with respect to the gauge coordinates is measured, the gauge is rotated 180 degrees about the reference axis, then turned over, and again set on the measurement table of the 3D measuring instrument to determine the gauge coordinates again. Then, for the position inverted by 180 degrees, the center position of the sphere with respect to the gauge coordinates is measured as in the above-described method.
그 다음, 이와 같이 하여 얻어진 구체의 중심 위치의 측정치를 기준으로, 하나의 특정한 구체의 중심과 나머지 구체들의 중심 사이의 거리를 산출하고 이를 소정의 진치와 비교하여 오차를 평가한다.Then, based on the measurement of the center position of the spheres thus obtained, the distance between the center of one particular sphere and the center of the remaining spheres is calculated and compared with a predetermined true value to evaluate the error.
오차 평가는 3차원 측정기용 게이지가 3차원 측정기 상에 표면을 위로 하여 세팅된 경우와, 기준축에 대하여 180도 회전하여 세팅된 경우에 얻어진 측정치를 평균하여 행해진다.The error evaluation is performed by averaging the measured values obtained when the gauge for the three-dimensional measuring instrument is set with the surface facing up on the three-dimensional measuring instrument and when it is set to rotate by 180 degrees with respect to the reference axis.
3차원 측정기용 게이지를 표면을 위로 하여 세팅한 경우 얻어진, 기준축에 직각인 방향의 i번째 구체의 중심 좌표를 Yi로, 3차원 측정기용 게이지를 기준축에 대하여 180도 회전하여 3차원 측정기의 측정 테이블 상에 세팅한 경우 얻어진, 기준축에 직각인 방향의 i번째 구체의 중심 좌표를 Y'i로 하여, (Yi - Y'i)/2의 최대값과 최소값의 편차로서 기준축 방향으로 연장하는 기계축의 직진도를 평가할 수 있다.When the gauge for the 3D measuring instrument is set with the surface up, the center coordinate of the i-th sphere in the direction perpendicular to the reference axis is set to Yi, and the gauge for the 3D measuring instrument is rotated 180 degrees about the reference axis. The center coordinate of the i-th sphere in the direction perpendicular to the reference axis obtained when setting on the measurement table is Y'i, and is a deviation between the maximum value and the minimum value of (Yi-Y'i) / 2 in the reference axis direction. The straightness of the extending machine axis can be evaluated.
3차원 측정기용 게이지를 표면을 위로 하여 세팅한 경우의 i번째 구체 중심의 기준축 방향의 좌표 Xi와 기준축에 직각인 방향의 좌표 Yi를 기준으로, 최소 제곱법을 사용하여 회귀선을 구하고, 이 회귀선과 기준축 사이에 정의된 각도 θ를 산출한다.Using the least square method, a regression line is obtained based on the coordinate Xi in the direction of the reference axis of the center of the i-th sphere when the gauge for a three-dimensional measuring instrument is set with the surface up, and the coordinate Yi in the direction perpendicular to the reference axis. Calculate the angle θ defined between the regression line and the reference axis.
그 다음, 3차원 측정기용 게이지를 기준축에 대하여 180도 회전하여 측정 테이블 상에 세팅한 경우의 i번째 구체 중심의 기준축 방향의 좌표 X'i와 기준축에 직각인 방향의 좌표 Y'i를 기준으로, 최소 제곱법을 사용하여 회귀선을 구하고, 이 회귀선과 기준축 사이에 정의된 각도 θ'를 산출한다. 따라서, (θ- θ')/2의 값을 기준으로 가상 기준 평면에 평행한 두 기계축의 직각도가 평가될 수 있다.Next, the coordinate X'i in the direction of the reference axis of the i-th sphere center and the coordinate Y'i in the direction perpendicular to the reference axis when the 3-dimensional measuring gauge is rotated 180 degrees with respect to the reference axis and set on the measurement table. Using the least square method, the regression line is obtained, and the angle θ 'defined between the regression line and the reference axis is calculated. Thus, the squareness of two machine axes parallel to the imaginary reference plane can be evaluated based on the value of ([theta]-[theta] ') / 2.
이와 같이, 기준축이 3차원 측정기의 기계축 중 하나에 평행하고 가상 기준 평면이 나머지 두 기계축 중 하나에 평행하도록 3차원 측정기의 측정 테이블에 대한 3차원 측정기용 게이지의 세팅 각도를 변화시킴으로써 임의의 기계축의 직진도와, 두 기계축 사이의 직각도를 평가할 수 있다.As such, by varying the setting angle of the gauge for the 3D measuring instrument relative to the measuring table of the 3D measuring instrument such that the reference axis is parallel to one of the machine axes of the 3D measuring instrument and the virtual reference plane is parallel to one of the other two machine axes. We can evaluate the straightness of the machine axis and the squareness between the two machine axes.
여기서, 도면을 참조하면, 도 1은 본 발명에 따른 3차원 측정기에 세팅되어 3차원 측정기의 오차를 평가하는 3차원 측정기용 게이지를 나타낸다. 도 1에서 알 수 있듯이, 3차원 측정기(2)의 측정 테이블(3)에 세팅된 지그 팔레트(4)에 설치 지그(설치 고정물)(5)에 의해 3차원 측정기용 게이지(1)가 고정된다.Here, referring to the drawings, FIG. 1 shows a gauge for a three-dimensional measuring instrument which is set in the three-dimensional measuring apparatus according to the present invention to evaluate the error of the three-dimensional measuring instrument. As can be seen in FIG. 1, the gauge 1 for the 3D measuring instrument is fixed to the jig pallet 4 set on the measuring table 3 of the 3D measuring instrument 2 by the mounting jig (installation fixture) 5. .
3차원 측정기(2)는 X 방향으로 슬라이드 하도록 측정 테이블(3)의 양쪽 면에 지지된 문형 가동 프레임(6), 상기 가동 프레임(6)에 의해 지지되어 X 방향에 수직인 Y 방향으로 슬라이드 하는 헤드부(7), 및 상기 헤드부(7)에 의해 지지되어 위아래 방향, 즉, X 및 Y 방향에 수직인 Z 방향으로 움직이는 승강축(8)으로 구성되어, 상기 승강축(8)의 하단에 고정된 프로브(9)가 측정 테이블(3)에 대하여 3차원, 또는 상호 직각인 방향으로 이동되어 위치 결정될 수 있게 되어 있다.The three-dimensional measuring device 2 is a door-shaped movable frame 6 supported on both sides of the measurement table 3 so as to slide in the X direction, and supported by the movable frame 6 to slide in the Y direction perpendicular to the X direction. And a lifting shaft 8 supported by the head portion 7 and moving in the Z direction vertically supported by the head portion 7, ie perpendicular to the X and Y directions, and having a lower end of the lifting shaft 8. The probe 9 fixed on the side is moved in a three-dimensional or mutually perpendicular direction with respect to the measurement table 3 so that it can be positioned.
가동 프레임(6), 헤드부(7), 및 승강축(8)은 3차원 측정기(2)의 기계축 방향으로 이동된다. X축과 Y축 및 Z축을 갖는 좌표를 기계 좌표, 또는 기계 좌표계라 부른다.The movable frame 6, the head portion 7, and the lifting shaft 8 are moved in the machine axis direction of the three-dimensional measuring machine 2. Coordinates having an X axis, a Y axis, and a Z axis are called machine coordinates, or machine coordinate systems.
프로브(9)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 승강축(8)의 하단에 부착된 지지축(9A)을 포함하고 있다. 상기 지지축(9A)에는 측정 구(9B)를 각각 가진 5개의 브랜치 축(9C)이 고정되어 있다.As shown in FIG. 2, the probe 9 includes a support shaft 9A attached to the lower end of the lifting shaft 8. Five branch shafts 9C each having a measuring sphere 9B are fixed to the support shaft 9A.
4개의 브랜치 축(9C) 중에서 2개의 축(9C)은 평면 내에서 X축에 평행하게 연장하고 다른 2개의 축(9C)은 Y축에 평행하게 연장하도록 90도씩 서로 갈라진 4개의 방사 방향으로 연장하는 한편, 5번째 브랜치 축(9C)은 수직 방향, 즉, Z축 방향으로 연장한다. 측정 구(9B)는 각각 인조 루비나 세라믹 등의 경질로 내마모성이 있는 소재로 형성되어, 소정의 지름을 갖는 구면으로 매우 정밀하게 마무리되어 있다.Of the four branch axes 9C, two axes 9C extend parallel to the X axis in the plane and the other two axes 9C extend in four radial directions that are branched from each other by 90 degrees. On the other hand, the fifth branch axis 9C extends in the vertical direction, that is, in the Z-axis direction. The measuring sphere 9B is formed of a hard and wear-resistant material such as artificial ruby and ceramic, respectively, and is very precisely finished into a spherical surface having a predetermined diameter.
통상의 측정 작업에 있어서는, 프로브(9)의 연결된 브랜치 축(9C)의 첨단에 있는 어떤 측정 구(9B)가 3차원 측정기(2)의 측정 테이블(3) 상에 설치된 엔진 블록과 같은 피측정물인 제품의 완성면에 접촉하게 된다. 측정 구(9B)가 기계 좌표계의 기준 위치로부터 상기 측정 구가 제품의 완성면에 접촉하게 되는 접촉 위치로 이동하기까지의 프로브(9)의 이동량을 측정하여, 마무리된 제품이 규정된 치수인지 여부를 검사한다. 여기서, 제품의 완성면에 접촉하게 되는 측정 구(9B)는 측정될 완성면의 위치나 방향에 따라 선택된다.In a typical measuring operation, a measuring sphere 9B at the tip of the connected branch axis 9C of the probe 9 is to be measured such as an engine block provided on the measuring table 3 of the three-dimensional measuring instrument 2. It comes into contact with the finished surface of the product, which is water. The measuring sphere 9B measures the amount of movement of the probe 9 from the reference position of the machine coordinate system to the contacting position at which the measuring sphere comes into contact with the finished surface of the product, and thus the finished product is of a prescribed dimension. Check it. Here, the measuring sphere 9B which comes into contact with the finished surface of the product is selected according to the position or direction of the finished surface to be measured.
3차원 측정기(2) 자체의 정밀도를 시험하여 그것을 교정하는 경우, 제품 대신에 도 1에 나타낸 3차원 측정기용 게이지(1)가 사용되어 3차원 측정기의 측정 오차를 평가한다.When the accuracy of the three-dimensional measuring device 2 itself is tested and corrected, the gauge 1 for the three-dimensional measuring device shown in FIG. 1 is used instead of the product to evaluate the measurement error of the three-dimensional measuring device.
설명한 실시예에 있어서의 3차원 측정기용 게이지(1)는, 도 1, 3, 5, 7, 10에 나타낸 바와 같이, 평면도에 있어서는 등각 사다리꼴의 형태로 균일한 두께를 갖는 블록으로 형성되는 지지체(10)와, 사다리꼴 블록(10)의 양측의 평행하지 않은 면, 또는 경사진 모서리를 따라 서로 등간격으로 떨어져 배열되는 복수의 구(구체)(11)로 구성된다.As shown in Figs. 1, 3, 5, 7, and 10, the gauge 1 for the three-dimensional measuring instrument in the embodiment described above is a support (formed as a block having a uniform thickness in the shape of a trapezoid in plan view) 10) and a plurality of spheres (spheres) 11 arranged at equal intervals apart from each other along non-parallel surfaces or inclined edges of the trapezoidal block 10.
화강암은 열팽창율이 낮고 온도 변화에 영향을 적게 받기 때문에 설명한 실시예에서 지지체(10)는 화강암으로 만들어질 수 있다. 지지체(10)의 각 표면은 고정밀도의 평면으로 마무리된다. 지지체(10)에는 그것의 두께 방향, 즉, 주 표면 사이를 관통하는 4개의 관통 홀(10A)이 마련된다.Since the granite has a low coefficient of thermal expansion and is less susceptible to temperature changes, the support 10 may be made of granite in the described embodiment. Each surface of the support 10 is finished in a high precision plane. The support 10 is provided with four through holes 10A penetrating through the thickness thereof, that is, between the main surfaces.
관통 홀(10A)은 지지체의 무게를 감소시키고 취급을 용이하게 한다. 관통 홀(10A)은 후술하는 바와 같이 일부는 사다리꼴 지지체의 밑바닥 면에 해당하는 측면(10B)과 함께, 설치 지그(수단)(5)에 지지체(10)를 설치하기 위해 이용된다.The through hole 10A reduces the weight of the support and facilitates handling. As described later, the through hole 10A is used to attach the support 10 to the installation jig (means) 5 together with the side surface 10B which partially corresponds to the bottom surface of the trapezoid support.
구체(11)는 각각 높은 정밀도로 마무리된 세라믹으로 형성되어 규정 치수와 높은 구형도를 갖는다. 지지체(10)의 사면에는 각각 5개의 구체(11)가, 각 구체(11)의 중심이 등간격으로 떨어지도록 된 직선을 따라 배열된다.The spheres 11 are each formed of a ceramic finished with high precision to have a specified dimension and a high sphericity. Five spheres 11 are arranged on the slopes of the support 10, respectively, along a straight line such that the centers of the spheres 11 are spaced at equal intervals.
도 6에 자세히 나타낸 바와 같이, 지지체(10)의 각 사면에는 각각 구체(11)에 대응하는 원추형 리세스가 형성되고, 그 대응하는 리세스의 주변 가장자리에 구체(11)를 접착제로 바람직하게 부착한다.As shown in detail in FIG. 6, conical recesses corresponding to the spheres 11 are formed on each of the four sides of the support 10, and the spheres 11 are preferably attached to the peripheral edges of the corresponding recesses with an adhesive. do.
도 3은 설치 지그(수단)(5)에 의하여 지그 팔레트(4)에 부착된 3차원 측정기용 게이지(1)를 나타낸다. 설치 지그(5)의 한쪽 끝에 마련된 직립 받침판(5A)에 사다리꼴 블록의 밑면에 해당하는 지지체(10)의 측면(10B)을 기대고, 상기 측면(10B)에 인접한 1쌍의 관통 홀(10A)의 안쪽 면을 각각의 클램프(12)로 눌러 받침판(5A)에 측면(10B)을 꽉 누르도록 하여, 게이지(1)가 설치 지그(5)에 단단하게 고정된다.3 shows a gauge 1 for a three-dimensional measuring instrument attached to a jig pallet 4 by means of an installation jig 5. A pair of through holes 10A adjacent to the side surface 10B is leaned against the upright support plate 5A provided at one end of the mounting jig 5, and the side surface 10B of the support 10 corresponding to the bottom surface of the trapezoidal block is positioned. The gauge 1 is firmly fixed to the mounting jig 5 by pressing the inner surface with each clamp 12 so as to push the side surface 10B against the backing plate 5A.
도 4에서 알 수 있듯이, 설치 지그(5)는 기판(5B)과, 상기 기판(5B)의 한 끝에 고정된 받침판(5A), 및 상기 기판(5B)에 고정되어 상기 기판(5B)에서 받침판(5A)을 수용하는 끝의 반대 방향으로 연장하는 연장판(5C)으로 구성된다.As can be seen in FIG. 4, the mounting jig 5 has a substrate 5B, a support plate 5A fixed at one end of the substrate 5B, and a support plate fixed at the substrate 5B to the substrate 5B. It consists of 5 C of extension plates extended in the direction opposite to the end which accommodates 5A.
기판(5B) 위에는 각각 클램프(12)가 설치되는 한 쌍의 클램프 설치 직립 블록(5D)이 제공된다.On the board | substrate 5B, a pair of clamp installation upright blocks 5D in which clamp 12 is respectively provided is provided.
각각의 클램프(12)에는 받침판(5A)을 향해 연장하고 축방향으로 이동 가능한 클램프 로드(12A)가 마련된다. 클램프 로드(12A)의 하단부측에 마련된 각각의 조작륜(12B)을 결합 나사 기구(도시 없슴)에 의해 손으로 돌릴 때 클램프 로드(12A)의 축방향 이동(연장 및 후퇴)이 일어난다.Each clamp 12 is provided with a clamp rod 12A that extends toward the base plate 5A and is movable in the axial direction. An axial movement (extension and retraction) of the clamp rod 12A occurs when each operation wheel 12B provided on the lower end side of the clamp rod 12A is turned by a coupling screw mechanism (not shown).
기판(5B)의 받침판(5C) 근처에는 2개의 지지 핀(13)이 마련되고, 연장판(5C)에는 1개의 지지 핀(13)이 마련된다. 지지 핀(13)은 3차원 측정기용 게이지(1)의 지지체(10)에 접하여 게이지(1)를 지지한다. 지지 핀(13)은 지지체(10) 바닥의 주 표면에 접하여 지지체(10)와 기판(5B) 사이에 공간을 생성한다.Two support pins 13 are provided near the support plate 5C of the substrate 5B, and one support pin 13 is provided in the extension plate 5C. The support pin 13 is in contact with the support 10 of the gauge 1 for three-dimensional measuring instrument to support the gauge (1). The support pins 13 abut the major surface of the bottom of the support 10 to create a space between the support 10 and the substrate 5B.
설명하는 실시예에서, 기판(5B)과 연장판(5C)에는 다수의 설치 구멍(h)이 형성되고, 받침판(5A)과 클램프 설치 블록(5D) 및 지지 핀(13)은 그 구멍(h) 중에서 선택된 것들에 의해 기판(5B)과 연장판(5C)에 고정되며, 그 위치는 설치 구멍(h)의 간격에 따라 선택적으로 결정될 수 있다. 이것들의 설치 구멍(h)은 지그 팔레트(4)에 설치 지그(5)를 고정하기 위한 볼트를 수용하는 볼트 삽입구(도시 없슴)로도 이용된다는 것을 알아야 한다.In the embodiment described, a plurality of mounting holes h are formed in the substrate 5B and the extension plate 5C, and the supporting plate 5A, the clamp mounting block 5D, and the support pin 13 are formed in the holes h. It is fixed to the substrate 5B and the extension plate 5C by those selected from the above, and the position thereof can be selectively determined according to the spacing of the installation holes h. It should be noted that these mounting holes h are also used as bolt insertion holes (not shown) for receiving bolts for fixing the mounting jig 5 to the jig pallet 4.
이하, 게이지(1)를 사용하여 3차원 측정기(2)의 측정 오차를 평가하는 순서에 대해 설명한다.Hereinafter, the procedure of evaluating the measurement error of the three-dimensional measuring device 2 using the gauge 1 is demonstrated.
도 5는 게이지(1)를 도 1에서와 같이 3차원 측정기(2) 상에 세팅한 경우의 평면도를 나타낸다. 3차원 측정기용 게이지(1)는 지지체(10)의 세로 중심축이 기계축 X와 거의 평행하게 연장하는 기준축 N과 정확하게 일치하도록 세팅된다.FIG. 5 shows a plan view when the gauge 1 is set on the three-dimensional measuring device 2 as in FIG. 1. The gauge 1 for the three-dimensional measuring instrument is set so that the longitudinal center axis of the support 10 coincides with the reference axis N, which extends almost parallel to the machine axis X.
도 5에서 알 수 있듯이, 설명하는 실시예의 3차원 측정기용 게이지(1)에 있어서, 기준축 N에 대하여 총 10개의 구체(11)가 지지체(10)의 대향하는 평행하지 않은 면을 따라 한쪽의 구체 중심은 직선 L1 상에 등간격으로 정렬되고, 다른 한쪽의 구체 중심은 직선 L2 상에 등간격으로 정렬되도록 대칭적으로 배열된다.As can be seen from FIG. 5, in the gauge 1 for a three-dimensional measuring instrument in the embodiment described, a total of ten spheres 11 with respect to the reference axis N are arranged along opposite non-parallel surfaces of the support 10. The sphere centers are arranged at equal intervals on the straight line L1, and the other sphere centers are symmetrically arranged so as to be aligned at equal intervals on the straight line L2.
명료하게 하기 위해서, 직선 L1 상의 구체(11)는 S1 ∼ S5로, 직선 L2 상의 구체(11)는 S6 ∼ S10으로 각각 지정한다. 측정 작업은 3차원 측정기(2)에 의한 구체 S1의 중심 위치 좌표 측정부터 시작한다. 이 작업에서, 프로브(9)에 마련된 측정 구(9B1 ∼ 9B5)가 구체(S1)의 적도상의 4개의 점, 즉, P1, P2, P3 및 P2에 정반대측의 도시하지 않은 한 점과, 하나의 극점 P5를 포함하여 총 5개의 점에 연속적으로 접촉하게 된다. 예컨대, 도 6에 도시한 바와 같이, 접촉점 P1, P5, P3 및 P2에 정반대측의 접촉점이 잇따라 접촉구(9B1)에 접촉한 다음, 접촉점 P2가 측정 구(9B5)에 접촉하게 된다. 그런 다음, 접촉점의 위치로부터 기하학적으로 구체(S1)의 중심 위치를 산정할 수 있다. 도 6에 있어서는, 총 5개의 측정 구(9B)가 구체(S1)에 접촉하는 것으로 나타난다. 그러나, 실제로는 한번에 하나의 측정 구(9B)만 구체(S1)에 접촉한다.For clarity, the spheres 11 on the straight line L1 are designated as S1 to S5, and the spheres 11 on the straight line L2 are designated as S6 to S10, respectively. The measurement operation starts with the measurement of the coordinates of the center position of the sphere S1 by the three-dimensional measuring instrument 2. In this work, one of the measuring spheres 9B1 to 9B5 provided in the probe 9 is not shown opposite to four points on the equator of the sphere S1, namely, P1, P2, P3 and P2. A total of five points are continuously contacted including the pole point P5 of. For example, as shown in FIG. 6, the contact point opposite to the contact points P1, P5, P3, and P2 is in contact with the contact hole 9B1, and then the contact point P2 comes into contact with the measurement sphere 9B5. Then, the center position of the sphere S1 can be calculated geometrically from the position of the contact point. In FIG. 6, a total of five measuring spheres 9B appear to contact the sphere S1. In practice, however, only one measuring sphere 9B is in contact with the sphere S1 at a time.
"적도"는 구체(S1)의 지름을 포함하며, 기준축 N에 평행한 도 5의 평면에 수직인 수직면 내에 있는 큰 원을 의미하며, "극"은 지지체(10)의 결합 측면으로부터 멀리 떨어져 수직면으로부터의 거리가 최대인 구체(S1) 상의 점을 의미한다."Equator" means the large circle that contains the diameter of sphere S1 and is in a vertical plane perpendicular to the plane of Figure 5 parallel to the reference axis N, while the "pole" is far from the mating side of the support 10. It means the point on the sphere S1 with the maximum distance from the vertical plane.
마찬가지로, 직선 L1 상의 구체(S5)와 직선 L2 상의 구체(S10)의 중심 위치를 측정한다. 따라서, 4개의 구체(S1, S5, S6, S10)의 중심을 포함하는 가상 기준 평면 P가 결정될 수 있다.Similarly, the center positions of the sphere S5 on the straight line L1 and the sphere S10 on the straight line L2 are measured. Thus, a virtual reference plane P comprising the centers of the four spheres S1, S5, S6, S10 can be determined.
이어서, 구체 S1과 S10의 중심을 연결하는 직선을 "A"축으로 하여, "A"축과 기준축 N의 교점을 원점 O로서, 3차원 측정기용 게이지(1)의 관련 좌표, 즉, 게이지 좌표를 설정한다. 교점은 "A"축의 중점이다.Subsequently, a straight line connecting the centers of the spheres S1 and S10 is taken as the "A" axis, and the intersection of the "A" axis and the reference axis N is the origin O, and the relevant coordinates of the gauge 1 for a three-dimensional measuring instrument, that is, the gauge Set the coordinates. The intersection is the midpoint of the "A" axis.
게이지 좌표계는 가상 기준 평면 내에서 기준축 N과 "A"축과 각각 동일한 두 직각축 X와 Y를 갖는 직각 좌표계에 하나씩 대응한다. 게이지 좌표계는 3차원 측정기(2)의 기계축 방향에 하나씩 설정된 기계축에 해당한다. 따라서, 각 구체의 중심 좌표는 게이지 좌표계에서 취급된다.The gauge coordinate system corresponds one by one to a Cartesian coordinate system having two rectangular axes X and Y which are respectively equal to the reference axis N and the "A" axis in the virtual reference plane. The gauge coordinate system corresponds to the machine axis set one by one in the machine axis direction of the three-dimensional measuring machine 2. Thus, the center coordinates of each sphere are handled in the gauge coordinate system.
3차원 측정기의 세팅 위치에 있어서의 좌표 설정 후, 구체 S1부터 S10까지의 중심 위치를 그 순서대로 연속하여 측정한 다음, 반대 순서, 즉, S10부터 S1의 순서로 구체의 중심 위치를 연속하여 측정한다. 즉, S1->S10, S10->S1, S1->S10, S10->S1의 순서로 4번의 측정이 실시된다. 다시 말하면, 각 구체마다 S1부터 S10까지 2번, S10부터 S1까지 반대로 2번, 즉, 중심 위치를 총 4회 측정한다.After setting the coordinates in the setting position of the three-dimensional measuring instrument, the center positions of the spheres S1 to S10 are measured successively in that order, and then the center positions of the spheres are continuously measured in the reverse order, that is, in the order of S10 to S1. do. That is, four measurements are performed in the order of S1-> S10, S10-> S1, S1-> S10, S10-> S1. In other words, each sphere measures two times from S1 to S10 and two times from S10 to S1, ie, the center position a total of four times.
그 다음, 3차원 측정기용 게이지(1)를 기준축 N에 대하여 180도 회전(반전)시켜 설치 지그(5) 상에 다시 세팅한다. 가상 기준 평면과 "A"축을 전술한 것과 같은 순서로 결정하여 3차원 측정기용 게이지(1) 상에 새로운 게이지 좌표를 설정한다.Then, the gauge 1 for the three-dimensional measuring instrument is rotated 180 degrees (inverted) about the reference axis N and set again on the installation jig 5. The virtual reference plane and the "A" axis are determined in the same order as described above to set new gauge coordinates on the gauge 1 for the 3D measuring instrument.
다음에, 게이지(1)의 원래의 위치에 대한 것과 동일하게, 게이지(1)의 반전 위치에 대하여 구체 S1로부터 구체 S10까지 연속적으로 총 4회 중심 위치를 측정한다. 그 다음, 측정의 재현성을 확인하기 위해 게이지(1)의 각 측에 대해 4회의 진행 측정과 4회의 회귀 측정으로 구성된 측정 작업을 되풀이한다. 즉, 각각의 구체는 게이지(1)의 두 위치에 대해 총 8회 측정된다.Next, the center position is measured a total of four times continuously from the sphere S1 to the sphere S10 with respect to the inverted position of the gauge 1, similarly to the original position of the gauge 1. Then, a measurement operation consisting of four progress measurements and four regression measurements is repeated for each side of the gauge 1 to confirm the reproducibility of the measurement. That is, each sphere is measured a total of eight times for two positions of the gauge 1.
3차원 측정기(2)의 측정 오차의 평가에 있어서, 우선 측정 작업에 의해 얻어진 구체 S1 ∼ S10의 지름의 측정치와 구체 S1 ∼ S10의 지름의 진치를 이용하여 구체의 안정 측정에 관한 측정 오차를 평가한다.In the evaluation of the measurement error of the three-dimensional measuring instrument 2, first, the measurement error regarding the stability measurement of the sphere is evaluated using the measured value of the diameters of the spheres S1 to S10 obtained by the measuring operation and the true value of the diameters of the spheres S1 to S10. do.
그 다음, 도 7에 도시한 바와 같이, 표면을 위로 하여 세팅된 게이지(1)의 측정치로부터 X축 방향(즉, 기준축 N의 방향) 및 Y축 방향("A"축의 방향)에 대하여 구체 S1의 중심과 각각의 구체 Sk의 중심 사이의 거리 △Xk-1과 △Yk-1을 각각 산출하고, 이를 중심 거리의 진치와 비교하여 오차를 평가한다. 여기서, "k"는 구체 S1로부터의 중심 거리가 산출되는 구체에 할당된 2 ∼ 10의 숫자를 나타낸다. 여기서 사용된 바와 같이, 진치는 정밀하게 산정되어 정확하다고 알려진 값이다.Then, as shown in Fig. 7, the spheres are set in the X-axis direction (i.e., the direction of the reference axis N) and the Y-axis direction (the direction of the "A" axis) from the measurement of the gauge 1 set with the surface facing up. The distances DELTA Xk-1 and DELTA Yk-1 between the center of S1 and the center of each sphere Sk are respectively calculated and compared with the true value of the center distance to evaluate the error. Here, "k" represents the number of 2-10 assigned to the sphere from which the center distance from sphere S1 is computed. As used herein, the true value is a value that is precisely calculated and known to be accurate.
이어서, 마찬가지로, 180도 회전되어 밑면을 위로 하여 세팅된 게이지(1)의 측정치로부터 A축 방향 및 N축 방향에 대하여 구체 S1의 중심과 각 구체 Sk의 중심 거리 △X'k-1과 △Y'k-1을 각각 산출하고, 중심 거리의 진치와 비교하여 오차를 평가한다.Subsequently, similarly, the center distances of the centers of the spheres S1 and the center distances of the respective spheres Sk with respect to the A-axis direction and the N-axis direction from the measured values of the gauge 1 which are rotated by 180 degrees and set with the bottom face up. 'k-1 is calculated for each and the error is evaluated by comparing with the true value of the center distance.
여기서, 게이지(1)가 표면을 위로 하여 세팅된 경우와 게이지(1)가 반전되어 밑면을 위로 하여 세팅된 경우에 얻어진 측정치의 평균값이 오차를 평가하는데 사용되어 측정의 정밀도가 향상된다.Here, the average value of the measured values obtained when the gauge 1 is set up with the surface up and the gauge 1 is set upside down with the bottom up is used to evaluate the error, thereby improving the accuracy of the measurement.
설명하는 실시예의 3차원 측정기용 게이지(1)에 있어서, 3차원 측정기(2)의 스케일 측정을 하기 위해 사다리꼴 형태의 지지체(10)의 사면의 기준축 N에 대한 경사각을 바꿈으로써 A축 방향 및 N축 방향에 대한 구체 S1과 구체 Sk 사이의 각각의 중심 거리 △X'k-1과 △Y'k-1을 작은 값에서부터 큰 값까지 바꿀 수 있다.In the gauge 1 for a three-dimensional measuring instrument of the example to be described, in order to perform the scale measurement of the three-dimensional measuring instrument 2, by changing the inclination angle with respect to the reference axis N of the slope of the trapezoid-shaped support 10, the A-axis direction and Each of the central distances DELTA X'k-1 and DELTA Y'k-1 between the sphere S1 and the sphere Sk in the N-axis direction can be changed from a small value to a large value.
그 다음, 3차원 측정기(2)의 기계축의 직진도를 평가한다. 우선, 3차원 측정기용 게이지(1)를 표면을 위로 하여 세팅하였을 때의 구체 Si의 좌표 Yi와, 게이지(1)를 반전하여 밑면을 위로 하여 세팅했을 때의 구체 Si의 좌표 Y'i로부터 δi = (Yi-Y'i)/2를 산출한다. 여기서, Si는 i번째 구체를 나타내고, "i"와 "k"는 둘 다 구체에 대한 자유로운 표기법이다.Then, the straightness of the machine axis of the three-dimensional measuring instrument 2 is evaluated. First, δ i from the coordinate Yi of the sphere Si when the gauge 1 for a three-dimensional measuring instrument is set with the surface up, and the coordinate Y'i of the sphere Si when the gauge 1 is inverted and set with the bottom face up. = (Yi-Y'i) / 2. Here, Si represents the i-th sphere, and "i" and "k" are both free notations for the sphere.
도 8은 3차원 측정기용 게이지(1)의 한 면에 마련된 5개의 구체(S1 ∼ S5)에 대해 그래프로 그린 δ1 ∼ δ5의 산출 결과를 나타낸다. X축 방향의 기계축의 직진도는 δi의 최대값과 최소값 사이의 차(D)에 따라 평가된다. 도 8에서, 최대값은 δ2 = (Y2-Y'2)/2로, 최소값은 δ4 = (Y4-Y'4)/2로 각각 주어진다.FIG. 8 shows calculation results of δ1 to δ5 drawn graphically with respect to the five spheres S1 to S5 provided on one side of the gauge 1 for a three-dimensional measuring instrument. The straightness of the machine axis in the X axis direction is evaluated according to the difference D between the maximum value and the minimum value of δ i. In Fig. 8, the maximum value is given by δ2 = (Y2-Y'2) / 2, and the minimum value is given by δ4 = (Y4-Y'4) / 2.
구체 S6 ∼ S10에 대해서도 같은 연산을 하여 δi(i = 6 - 10)의 최대값과 최소값 사이의 차(D)를 구한다. 이 차(D)의 평균값을 직진도를 평가하는데 사용하여 측정의 정밀도를 높일 수 있다.The same calculation is performed also about specific S6-S10, and the difference D between the maximum value and minimum value of (delta) i (i = 6-10) is calculated | required. The average value of the difference D can be used for evaluating the straightness to increase the accuracy of the measurement.
다음에, 3차원 측정기(2)의 두 축 사이의 직각도 평가를 한다. 우선, 도 9를 참조하면, 게이지(1)를 표면을 위로 하여 세팅한 경우의 구체(S1 ∼ S5)의 중심 좌표를 기준으로 최소 제곱법에 의해 5개의 구체(S1 ∼ S5)의 중심의 좌표축 X와 회귀 직선 R 사이의 각도 θ가 구해진다.Next, orthogonality evaluation between two axes of the 3D measuring device 2 is performed. First, referring to FIG. 9, the coordinate axes of the centers of the five spheres S1 to S5 by the least square method based on the center coordinates of the spheres S1 to S5 when the gauge 1 is set with the surface upward. The angle θ between X and the regression line R is obtained.
이어서, 게이지(1)가 180도 회전 및 반전된 경우의 구체(S1 ∼ S5)의 중심 좌표를 기준으로 최소 제곱법에 의해 5개의 구체(S1 ∼ S5)의 중심의 좌표축 X와 회귀 직선 R' 사이의 각도 θ'가 구해진다.Next, the coordinate axis X and the regression line R 'of the center of the five spheres S1 to S5 by the least square method based on the center coordinates of the spheres S1 to S5 when the gauge 1 is rotated and inverted by 180 degrees. The angle θ 'in between is obtained.
(θ- θ')/2를 산출하는 것에 의해 3차원 측정기(2)의 기계축의 직각도가 평가된다.The squareness of the machine axis of the three-dimensional measuring machine 2 is evaluated by calculating (θ−θ ′) / 2.
또한, 나머지 5개의 구체(S6 ∼ S10)의 직각도도 구체 S1 ∼ S5에 대해서와 같은 방법으로 평가된다. 3차원 측정기(2)의 X축과 Y축의 직각도는 2개의 직각도 평가 결과의 평균치를 이용하여 평가된다.In addition, the squareness of the remaining five spheres (S6 to S10) is also evaluated in the same manner as for the spheres S1 to S5. The perpendicularity of the X-axis and Y-axis of the three-dimensional measuring instrument 2 is evaluated using the average value of the two perpendicularity evaluation results.
이상은 게이지(1)를 도 10a에 나타낸 방향으로 하여 3차원 측정기(2) 상에 세팅한 경우를 설명하였다. 또한, 도 10b에 나타낸 바와 같이 도 10a의 게이지 방향에 대하여 X-Y 평면 내에서 90도 회전한 방향으로 게이지(1)를 세팅할 수 있다. 도 10b에 나타낸 배치는 Y축 방향의 기계축의 직진도를 평가하기 위한 것이다.In the above, the case where the gauge 1 was set on the 3D measuring device 2 in the direction shown to FIG. 10A was demonstrated. In addition, as shown in FIG. 10B, the gauge 1 can be set in the direction rotated 90 degrees in the X-Y plane with respect to the gauge direction of FIG. 10A. The arrangement shown in Fig. 10B is for evaluating the straightness of the machine axis in the Y axis direction.
또한, 도 10c에 도시한 것과 같이 게이지(1)를 세워 세팅하는 것으로, X축 방향에 대한 기계축 Z의 편향도 및 X축과 Z축 사이의 직각도를 평가할 수 있다.In addition, by setting up the gauge 1 as shown in FIG. 10C, the deflection of the machine axis Z with respect to the X axis direction and the perpendicularity between the X axis and the Z axis can be evaluated.
또한, 도 10d에 도시한 것과 같이 도 10c에 도시한 배치에 대하여 Z축 방향에 대해 서 있는 게이지(1)를 90도 회전시켜 세팅하는 것으로, Y축 방향에 대한 기계축 Z의 편향도 및 Y축과 Z축 사이의 직각도를 평가할 수 있다.In addition, as shown in FIG. 10D, the gauge 1 standing in the Z-axis direction is rotated 90 degrees with respect to the arrangement shown in FIG. 10C, and the deflection of the machine axis Z with respect to the Y-axis direction and Y are set. The squareness between the axis and the Z axis can be evaluated.
도 11은 본 발명에 따른 3차원 측정기용 게이지의 별도의 실시예의 사시도를 나타낸다. 도 11에서, 게이지(1')는 등각 사다리꼴형의 관통 홀(10'A)을 갖는 편평한 평행 6면체형 블록의 지지체(10')로 구성되어 있다. 이전 실시예에서와 같은 구체(11)가 사다리꼴 관통 홀(10'A)의 양쪽 사면에 제공되어 그 사면에 평행한 직선을 따라 배열된다.Figure 11 shows a perspective view of another embodiment of a gauge for a three-dimensional measuring instrument according to the present invention. In FIG. 11, the gauge 1 ′ is composed of a support 10 ′ of a flat parallelepiped block having a conformal trapezoidal through hole 10 ′ A. Spheres 11, as in the previous embodiment, are provided on both slopes of the trapezoidal through hole 10'A and are arranged along a straight line parallel to the slopes.
구체(11) 중심은 관통 홀(10'A)의 양쪽 사면에 각각 평행하게 연장하는 직선 상에 정렬되고 모두 하나의 가상 기준 평면 내에 포함된다. 설명하는 실시예에서는, 각각의 사면에 구체(11)가 5개씩 등간격으로 제공된다.The centers of the spheres 11 are aligned on a straight line that extends in parallel to each of the four slopes of the through hole 10'A and are all contained within one virtual reference plane. In the described embodiment, five spheres 11 are provided on each slope at equal intervals.
본 실시예의 3차원 측정기용 게이지(1')에 있어서, 구체(11)가 정렬된 직선을 포함하는 가상 기준 평면의 법선 방향은 지지체(10')를 구성하는 블록의 두께 방향과 일치하고, 기준축은 지지체(10')의 평행한 상하 면과 사다리꼴 관통 홀(10'A)의 상하 면에 수직이다.In the gauge 1 'for the three-dimensional measuring instrument of the present embodiment, the normal direction of the imaginary reference plane including the straight lines in which the spheres 11 are aligned coincides with the thickness direction of the blocks constituting the support 10', The axis is perpendicular to the parallel top and bottom surfaces of the support 10 'and the top and bottom surfaces of the trapezoidal through holes 10'A.
여기서, 3차원 측정기용 게이지(1')는 도 4에 도시한 설치 지그(5)의 클램프(12)의 위치와, 필요하다면 핀(13)의 위치를 변경함으로써, 전술한 실시예에서의 게이지(1)와 같이 도 1에 도시한 3차원 측정기(1) 상에 세팅될 수 있다.Here, the gauge 1 'for the three-dimensional measuring instrument is a gauge in the above-described embodiment by changing the position of the clamp 12 of the mounting jig 5 and the position of the pin 13, if necessary. It can be set on the three-dimensional measuring device 1 shown in Fig. 1 as shown in (1).
이상으로 알 수 있듯이, 본 발명에 따르면, 3차원 측정기의 두 점 사이의 거리의 측정 정밀도와 기계축의 직진도 및 기계축 사이의 직각도를 평가하기 위한 좌표 데이터를 동시에 얻을 수 있다. 따라서, 측정 수단의 측정 오차를 효과적으로 평가할 수 있다.As can be seen from the above, according to the present invention, coordinate data for evaluating the measurement accuracy of the distance between two points of the three-dimensional measuring machine and the straightness of the machine axis and the perpendicularity between the machine axis can be obtained at the same time. Therefore, the measurement error of a measuring means can be evaluated effectively.
또한 본 발명에 따르면, 게이지를 표면을 위로 하여 세팅한 경우와 반전시켜 밑면을 위로 하여 세팅한 경우에 구한 측정치로부터 3차원 측정기용 게이지의 자체 오차를 제거할 수 있어, 3차원 측정기의 기계축의 직진도를 정밀하게 평가할 수 있다.In addition, according to the present invention, the self-error of the gauge for the three-dimensional measuring instrument can be eliminated from the measured value obtained when the gauge is set up with the surface up and inverted, and the bottom is up, so that the machine axis of the three-dimensional measuring machine goes straight. The degree can be evaluated precisely.
또한 본 발명에 따르면, 게이지를 표면을 위로 하여 앞에 세팅한 경우와 반전시켜 밑면을 위로 하여 세팅한 경우에 구한 측정치로부터 3차원 측정기용 게이지의 자체 오차를 제거할 수 있어, 3차원 측정기의 기계축의 직각도를 정밀하게 평가할 수 있다.In addition, according to the present invention, the self-error of the gauge for a three-dimensional measuring instrument can be eliminated from the measured values obtained when the gauge is set with the front face up and inverted with the bottom face turned up, so that The squareness can be evaluated precisely.
또한 본 발명에 따르면, 3차원 측정기의 두 점 사이의 거리의 측정 정밀도나 기계축의 직진도 및 기계축 사이의 직각도를 평가하기 위한 데이터를 쉽고 정확하게 얻을 수 있다. 따라서, 염가의 3차원 측정기용 게이지를 제공할 수 있다.Further, according to the present invention, it is possible to easily and accurately obtain data for evaluating the measurement accuracy of the distance between two points of the three-dimensional measuring machine, the straightness of the machine axis and the perpendicularity between the machine axis. Therefore, a cheap 3D measuring gauge can be provided.
또한, 본 발명의 특징에 따르면, 지지체를 구성하는 사다리꼴 블록의 대향하는 양쪽의 사면에 구체를 배치하여, 측정점의 수를 증가시킬 수 있기 때문에, 3차원 측정기의 오차 평가를 보다 정밀하게 할 수 있다.In addition, according to the characteristics of the present invention, since the number of measuring points can be increased by arranging spheres on opposite sides of the trapezoidal block constituting the support, the error evaluation of the three-dimensional measuring instrument can be more precisely performed. .
본 발명의 일 실시예에 따르면, 지지체에 형성된 사다리꼴 관통 홀 내에 구체가 배치될 경우, 구체를 보호할 수 있는 동시에, 지지체의 무게도 줄일 수 있다.According to one embodiment of the present invention, when the sphere is disposed in the trapezoid through-hole formed in the support, the sphere can be protected, and the weight of the support can be reduced.
이상 본 발명의 특정 실시예에 대해 설명하였지만, 본 발명의 진의를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다. 첨부한 청구항은 본 발명의 범위와 진의에 포함되는 변형을 포함하도록 되어 있다.While specific embodiments of the present invention have been described above, various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention. The appended claims are intended to cover modifications included within the scope and spirit of the invention.
그러므로, 게시한 본 실시예는 전술한 설명보다는 첨부한 청구항이 나타내는 발명의 범위의 실례가 되고 한정하지 않는 모든 점에 있어서 고려되며, 따라서, 청구항과 동일한 의미 및 범위에 포함되는 모든 변형이 가능하다.The presently disclosed embodiment is therefore to be considered in all respects as illustrative and not restrictive of the scope of the invention as indicated by the appended claims rather than as described above, and therefore, all modifications included within the same meaning and scope as the claims are possible. .
도 1은 본 발명에 따른 3차원 측정기용 게이지를 3차원 측정기에 설치한 상태를 나타내는 사시도이다.1 is a perspective view showing a state in which a gauge for a three-dimensional measuring instrument according to the present invention is installed in a three-dimensional measuring instrument.
도 2는 본 발명에 따른 3차원 측정기의 프로브의 확대도이다.2 is an enlarged view of a probe of a three-dimensional measuring device according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 3차원 측정기용 게이지를 설치 고정물에 고정한 상태를 나타내는 사시도이다.3 is a perspective view showing a state in which a gauge for a three-dimensional measuring instrument according to the present invention is fixed to an installation fixture.
도 4는 본 발명에 따른 3차원 측정기용 게이지를 고정하기 위한 설치 고정물의 사시도이다.Figure 4 is a perspective view of the mounting fixture for fixing the gauge for three-dimensional measuring instrument according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 3차원 측정기용 게이지의 평면도이다.5 is a plan view of a gauge for a three-dimensional measuring instrument according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 구체의 중심 측정 방법을 설명하는 도면이다.It is a figure explaining the center measuring method of the sphere which concerns on this invention.
도 7은 본 발명에 따른 구체의 중심간 거리 측정 방법을 설명하는 도면이다.7 is a view for explaining the distance measurement method between the center of the sphere according to the present invention.
도 8은 X축 방향의 직진도 산출 방법을 설명하는 도면이다.It is a figure explaining the straightness calculation method of a X-axis direction.
도 9는 본 발명에 따른 기계축 사이의 직각도 산출 방법을 설명하는 도면이다.9 is a view for explaining a method of calculating the squareness between machine axes according to the present invention.
도 10a 및 도 10b는 본 발명에 따른 3차원 측정기에 설치된 3차원 측정기용 게이지의 수평 자세를 나타내는 개략도이다.10A and 10B are schematic views showing the horizontal position of the gauge for a three-dimensional measuring instrument installed in the three-dimensional measuring instrument according to the present invention.
도 10c 및 도 10d는 본 발명에 따른 3차원 측정기에 결합된 3차원 측정기용 게이지의 직립 자세를 나타내는 개략도이다.10C and 10D are schematic diagrams showing an upright posture of a gauge for a three-dimensional measuring instrument coupled to a three-dimensional measuring instrument according to the present invention.
도 11은 본 발명에 따른 3차원 측정기용 게이지의 별도의 실시예를 나타내는 사시도이다.11 is a perspective view showing another embodiment of the gauge for three-dimensional measuring instrument according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1, 1' 3차원 측정기용 게이지 2 3차원 측정기Gauge for 1, 1 '3D Measuring Machine 2 3D Measuring Machine
3 측정 테이블 4 지그 팔레트3 measuring table and 4 jig pallet
5 설치 지그 5A 받침판5 mounting jig 5A base plate
5B 기판 5C 연장판5B PCB 5C Extension
5D 클램프 설치 블록 6 가동 프레임5D clamp mounting block 6 movable frame
7 헤드부 8 승강축7 heads 8 lifting shafts
9 프로브 9A 지지축9 Probe 9A Support Shaft
9B 측정 구 9C 브랜치 축9B Measuring Sphere 9C Branch Shaft
10, 10' 지지체 10A, 10'A 관통 홀10, 10 'support 10A, 10'A through hole
11 구체 12 클램프11 sphere 12 clamp
12A 클램프 로드 13 지지 핀12 A Clamp Rod 13 Support Pins
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