JP2000180103A - Ｃｍｍ校正ゲージ及びｃｍｍの校正方法 - Google Patents

Ｃｍｍ校正ゲージ及びｃｍｍの校正方法

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JP2000180103A JP10359732A JP35973298A JP2000180103A JP 2000180103 A JP2000180103 A JP 2000180103A JP 10359732 A JP10359732 A JP 10359732A JP 35973298 A JP35973298 A JP 35973298A JP 2000180103 A JP2000180103 A JP 2000180103A
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    • G01B21/042—Calibration or calibration artifacts

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のＣＭＭ（三次元座標測定器）を校正す
るためのゲージは、必ずしも正確なものとはいえないの
で、国家標準器に基づくゲージを提供すると共に、その
ゲージを使用したＣＭＭ校正方法を提供する。 【解決手段】 国家標準器として第１端面６と第２端面
７間の長さの絶対値が保証されているブロックゲージ１
の表面３に、球体２を載置して固定することによりＣＭ
Ｍ校正ゲージ４を構成する。使用に際しては、第１端面
６に３点以上ＣＭＭの測定子を当てて第１端面６の平面
を特定し、次いで球体２の赤道部分に３点測定子を当て
ると共に極点にも当てて、第１端面６の平面からの球体
２の中心座標と球体の直径を特定し、次いで第２端面７
に測定子を当てて第２端面と球体の上記特定値を補正
し、球体の３次元空間の座標が正確に特定されたＣＭＭ
校正ゲージとする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、三次元測定器など
の測定器の精度検査に用いるためのＣＭＭ校正ゲージ、
及びそのＣＭＭ校正ゲージを使用してＣＭＭを校正する
ＣＭＭの校正方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】三次元測定器（coordinate measuring m
achine：以下「ＣＭＭ」という。）は、三次元空間に存
在する離散したＸ、Ｙ、Ｚの座標点を用いて計算機の支
援により寸法及び形状を測定するための計測器であり、
より具体的には、定盤上に載置した被測定物と、測定器
においてＺ軸先端に取り付けたプローブとを、Ｘ、Ｙ、
Ｚの三次元方向へ相対移動させ、プローブが被測定物に
接触した瞬間をとらえ、この瞬間を電気的トリガとして
各送り軸方向の座標値を読みとり、計算機により寸法及
び形状を計測するものである。
【０００３】上記のようなＣＭＭは特に高精度を要求さ
れることが多く、高精度の測定を保証する意味から、精
度検査を逐次行い、その後このＣＭＭを用いて測定する
際には、精度検査の結果を補正値として用いて測定値を
校正し、或いは調整手段によりＣＭＭの微調整を行って
いる。このＣＭＭの精度検査に際しては、基準となるゲ
ージが必要であり、このゲージとしては、プローブを三
次元的に移動させることによりその検出値を評価できる
ようにしなければならない。
【０００４】ＣＭＭの各軸の誤差をどのように調べるか
ということは多くの研究者の重大な課題であった。そこ
で、まずＣＭＭの誤差を求める目的にあったゲージの考
案がなされ、基本的には球体の測定を行ってなされるべ
きであることは周知の事実となっている。そして、球体
をどのような形態で配置した測定評価ゲージとするかが
次の問題となり、球体を同一平面内にどのように配置す
るのか、或いは立体的に配置するのかなど、種々検討さ
れている。
【０００５】このようなＣＭＭ用の校正ゲージとして
は、例えば実開平１−６４００４号公報に従来例として
記載されているようなものが知られている。即ち、この
校正ゲージにおいては、図８に示すように、扁平直方体
形状のブロック本体５１の上面５１Ａに、そのブロック
本体１の一端面５１Ｂ方向に沿って略立方体形状の多数
の指示精度検査用凸部５２を一定ピッチ間隔で配列する
と共に、所定位置に略半球形状の繰り返し精度検査用凸
部５３を一体的に設けたものである。これを用いて精度
検査する際には、ＣＭＭのテーブル上にブロック本体５
１をセットした後、プローブを例えば指示精度検査用凸
部５２に順に当接させ、この時の測定器の指示値を読み
とり、この指示値と各指示精度検査用凸部５２のピッチ
間隔とから測定器の精度検査を行っている。また、上記
の従来例のほか、これに類似する各種のＣＭＭ用校正ゲ
ージが提案され、使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、球体を
同一平面内にどのように配置するのか、或いは立体的に
配置するのか等の検討がなされているものの、現状にお
いて、球体中心間距離の長さの国家標準器が存在しない
ことから、球体をどのように配置しても結局球体の中心
間距離の値はサブマイクロメータの程度では値付けされ
ておらず、また、球体間の中心間距離、及びそこから計
算によって求められる球体の直径のみの測定しか行えな
いものである。また、上記公知のＣＭＭ校正ゲージにお
いても同様に、ゲージの各部分を正確に測定することの
より基準データを得てこれをゲージとするものであり、
したがって、この基準データ自体が単なる測定値に過ぎ
ず、誤差を含むものであって必ずしも信用性のあるもの
とはいうことができない。
【０００７】したがって本発明は、長さの標準器である
ブロックゲージと球体とを用いることによって、静的な
目盛りの校正と球体の測定とを同時に行うことにより検
出器の動作性能を含めた各軸の目盛り誤差を総合的に校
正することができるようにしたＣＭＭ校正ゲージを提供
することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、基本構造として、ブロックゲージの表面に
球体を固定することによりＣＭＭ校正ゲージを構成した
ものであり、そのほかこの基本構造のＣＭＭ校正ゲージ
を元に種々の態様のＣＭＭ校正ゲージを構成したもので
ある。また、この基本構造のＣＭＭ校正ゲージの使用に
際しては、上記のＣＭＭ校正ゲージのブロックゲージ部
の第１端面に測定子を当てて第１端面の平面を特定し、
次いで球体の周面及び極点に測定子を当てて前記平面か
らの球体の中心座標及び直径を特定し、次いで該ブロッ
クゲージ部の第２端面に測定子を当てて第２端面からの
球体の中心座標及び直径を求め、前記特定値を補正する
ことによりＣＭＭ校正ゲージの三次元寸法を特定し、当
該ＣＭＭ校正ゲージを用いてＣＭＭの校正を行うように
したものであり、そのほか種々のＣＭＭ校正方法を採用
できるようにしたものである。
【０００９】したがって、単にブロックゲージのみを用
いた際には、その平行平面の測定を行うだけであるか
ら、ＣＭＭの特定な方向の動作が測定値に影響を与える
のみであり、総合的なＣＭＭの校正を行うには不十分で
あるのに対して、本発明は上記のようにブロックゲージ
に球体を固定したＣＭＭ校正ゲージを用いることによ
り、球体の中心が国家標準器としてのブロックゲージの
端面からの長さとして測定され正確な校正値を得ること
ができる。また、このことをブロックゲージの両側で実
行することにより、ブロックゲージに合体された球体は
左右両側から２度にわたりその位置を検証でき、きわめ
て正確な校正値が得られる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に沿って説
明する。図１は本発明のＣＭＭ校正ゲージ４の基本形態
を示し、ブロックゲージに球体を１個合体させたものを
示している。ブロックゲージは周知のように、光波干渉
計によって長さの絶対値が保証された国家標準器であ
り、図１のＣＭＭ校正ゲージ４におけるブロックゲージ
部１においては、上記のように長さの絶対値が保証され
た相対する端面は、第１端面６及び第２端面７とする。
なお、以降「端面」とは、ブロックゲージにおける上記
のように長さの絶対値が保証された面を指し、それ以外
の面を「表面」という。上記のようなブロックゲージを
用いたブロックゲージ部１の表面３には球体２を載置し
ている。ブロックゲージ部１に球体２を載置する手段と
しては、種々の手段を採用することができ、例えばブロ
ックゲージ部１の表面３に略球形の凹部を形成し、その
凹部に球体２を嵌合してもよい。このようにブロックゲ
ージに球体を載置した状態は、溶着或いは接着等により
固定しておくこともできる。なお、球体２はブロックゲ
ージの長さより小さければどのような大きさのものを採
用してもよく、また、ブロックゲージ部１の表面３にお
いてどのような位置に配置してもよい。
【００１１】本発明において、上記のような基本構造を
なすブロックゲージ部１と球体２とを結合したＣＭＭ校
正ゲージ４の使用に際しては、図２に示すように、はじ
めに図示されないＣＭＭの測定子５を、ブロックゲージ
部１の第１端面６に、例えば３点接触させ、ブロックゲ
ージ部１の第１端面６の平面を定義する。次に第１端面
６に相対する面である第２端面７も同様に接触させ、こ
の第２端面７の平面も定義する。両者の測定結果から、
ＣＭＭによるブロックゲージ部１の測定値とブロックゲ
ージ部１の真の値とを比較し、ＣＭＭの目盛りの校正が
行われる。この目盛りの校正は、ブロックゲージが国家
標準のため、その精度は極めて高いものとなる。
【００１２】次に、ブロックゲージ部１に一体化した球
体の赤道面におけるＸ−Ｙ平面上の任意の座標点に測定
子５を少なくとも３点Ａ，Ｂ，Ｃに接触させ、その座標
位置を取り込む。最後に球体の極点Ｄに測定子５を接触
させ、球体の極点の座標を取り込む。これらの測定によ
って、数学的な計算処理から球体の中心座標、及び球体
の直径が求まる。この時、球体の中心座標とブロックゲ
ージ部１の第１端面６との距離、即ち長さが求まると共
に、球体の中心座標とブロックゲージ部１の第２端面７
との距離が求まることにより両者の値から球体の中心座
標の測定値の校正を行うことができる。
【００１３】また、図３に示すように、他のブロックゲ
ージ部１１，或いは上記と同様の他のＣＭＭゲージ１２
の相互の端面を密着させ、上記と同様の測定を行う。そ
の際、他のＣＭＭ校正ゲージ１２も上記ＣＭＭ校正ゲー
ジ４と同様に、ブロックゲージにおける球体の中心座標
及び直径の校正された値が求められている。この時、例
えばＣＭＭ校正ゲージ１０とブロックゲージ１１とを接
続したものにおいては、前記のように校正された球体の
中心座標及び直径の値を、更に他のブロックゲージを接
続した状態でその端面Ｅとの関係を求めることによっ
て、更に校正し、より正確な値とすることができる。
【００１４】また、上記ＣＭＭ校正ゲージと他のＣＭＭ
校正ゲージとを組み合わせたものにおいては、上記のブ
ロックゲージを組み合わせたものと同じく各球体の中心
位置の校正が行われると共に、更に両ＣＭＭ校正ゲージ
１０に設けられた球体２，球体１３の球体間中心間距離
も互いに校正され、両球体の三次元空間の座標がより明
確となる。上記両球体２，１３の大きさは図３に示した
実施例においては同一径の球体としたが、互いに異なる
径の球体を用いてもよい。
【００１５】上記実施例においては、ブロックゲージに
球体を１個載置してＣＭＭ校正ゲージとした例を示した
が、例えば図４に示すように、ブロックゲージ部１４
に、小径の球体１５と大径の球体１６の２個の球体を載
置して固定し、ＣＭＭ校正ゲージ１７とすることもでき
る。このＣＭＭ校正ゲージにおいては、各球体の中心座
標は、長さの基準値としてのブロックゲージの両端から
の距離を求めることにより校正され、両球体の中心間距
離の明らかなＣＭＭゲージを得ることができる。なお、
上記実施例においては、ブロックゲージに径の異なる球
体を載置した例を示したが、同一径の球体を用いること
もできる。
【００１６】図４に示す実施例においては、ブロックゲ
ージ部１４の片側に２個の球体を設けたものであるが、
図５に示すように、ブロックゲージ部１８の片側表面１
９に上記実施例と同様の小径の球体２０と大径の球体２
１とを固定すると共に、反対側表面２２にも同様に小径
の球体２３と大径の球体２４を固定したものを用いるこ
ともできる。このＣＭＭ校正ゲージ２５においては、ブ
ロックゲージ部１７の端面を定盤に載置して使用する。
【００１７】また、図６に示すように、図４に示すＣＭ
Ｍ校正ゲージ１７を２個用い、両ＣＭＭゲージ間にブロ
ックゲージ２６を挟んで互いに当接した状態で定盤に載
置して用いることもできる。このようにすることによ
り、大きな物品を計測するＣＭＭに対して、より長い間
隔の位置で校正のための測定を行うことができ、複数個
のブロックゲージを用いることにより、より正確な校正
を行うことができるとともに、あらゆる大きさのＣＭＭ
の校正も行うことが可能となる。また、大きなＣＭＭの
校正を行う際にも、特別の大きな校正ゲージを用意して
おく必要が無く、小型のＣＭＭケージ及びブロックゲー
ジを適宜用意しておくことにより、任意に組み合わせる
ことによってあらゆるＣＭＭの校正を行うことができ、
ゲージの管理、保管、維持が容易となる。
【００１８】更に、図７に示すように、球体３８を固定
した第１ＣＭＭ校正ゲージ３０の両端に隣接して、同校
正ゲージ３０のブロックゲージ部より充分に高さの高い
第２ゲージ４０及び第３ゲージ４１を配置し、更にその
両側に第４ブロックゲージ３１，及び前記球体３８と同
一の球体３９を固定した第５ＣＣＭ校正ゲージ３２を配
置したものを用いることにより、新規な校正操作を行う
こともできる。なお、図７に示す実施例においては、更
に両端に前記第２ゲージ４０及び第３ゲージ４１と同様
の第６ゲージ４２と第７ゲージ４３とを配置している。
【００１９】その使用に際しては、図７（ｂ）の平面図
に示すように、最初測定子３３を第１ＣＭＭ校正ゲージ
３０の図中左側の第１端面３４に少なくとも３点当て、
３点の座標から数学的な演算によりこの第１端面３４の
平面を定義する。次いで測定子３３を第３ゲージ４１の
図中左側の第１端面３６における、球体３８，３９の中
心とほぼ同じ高さの１点に当接させる。この第１端面３
６は、測定子３３を最初に当接させた第１ＣＭＭ校正ゲ
ージ３０の第１端面３４と同じ側にあり、この測定子の
移動はＣＭＭの特定方向の移動となり、しかも球体３
８，３９と同じ高さであるので、測定点が一直線にある
場合は測定面の傾斜に影響されず正確な測定が可能とな
るというアッベの原理により、特定方向の正確な校正が
可能となる。
【００２０】次いで同様に測定子３３を第１ＣＭＭ校正
ゲージ３０の図中右側の第２端面３５に当て、この平面
を定義し、その後この測定子３３を第２ゲージ４０の図
中右側の第２端面３７における球体３８，３９の中心と
ほぼ同じ高さの一点に当接させる。この第２端面３７
は、第１ＣＭＭ校正ゲージ３０の第２端面３５と同じ側
にあり、先と同様に球体３８，３９の中心と同じ高さに
あるので、上記操作により得られた長さの差から、ＣＭ
Ｍの上記特定方向における移動性能を含めた正確な校正
が実行でき、前記操作と合わせて、ＣＭＭの正確な校正
を行うことができる。このように特定方向の正確な校正
を行った後、前記のように同一高さ部分の球３８，３９
の測定を行うことによって、ＣＭＭの３次元方向の正確
な校正を行うことができる。また、上記校正操作を両端
の第６ゲージ及び第７ゲージに対しても行うことによ
り、より正確な校正が可能となる。
【００２１】なお、本発明は上記実施例として示したも
のに限らず、ブロックゲージに球体を固定した基本構造
のＣＭＭ校正ゲージを適宜組み合わせて種々の態様でＣ
ＭＭの校正を行うことができる。
【００２２】
【発明の効果】上記のように、本願の請求項１に係る発
明においては、ＣＭＭ校正ゲージをブロックゲージの表
面に球体を固定したものとすることにより、光波干渉計
によって長さの絶対値が保証された国家標準器であるブ
ロックゲージの両端面を基準にして球体の中心座標及び
直径を特定することができるので、それらの値はきわめ
て正確のものとなり、上記ＣＭＭ校正ゲージはきわめて
精度の高いものとすることができる。また、請求項２乃
至請求項４に係る発明においては、ブロックゲージに複
数の球体を固定したので、各種の態様のＣＭＭの校正を
行うことができる。更に、請求項５乃至請求項７に係る
発明においては、更に複数のブロックゲージが連結して
使用されることにより、測定値の複数回の補正が行うこ
とができ、且つ長い距離間の校正も小型のゲージの組合
せにより行うことができるので、その管理、保管、維持
が容易となる。
【００２３】また、請求項８に係る発明においては、請
求項１乃至請求項７のいずれかに記載のＣＭＭ校正ゲー
ジを使用し、ＣＭＭ校正ゲージの三次元寸法を正確に特
定することができ、正確なＣＭＭ校正を行うことができ
る。また請求項９に係る発明においては、請求項５乃至
請求項７のいずれかに記載のＣＭＭ校正ゲージを使用
し、ＣＭＭ校正ゲージの三次元寸法をより正確に特定す
ることができ、正確なＣＭＭ校正を行うことができる。
請求項１０に係る発明においては、請求項７記載の組合
せゲージを使用し、ＣＭＭの特定方向の移動特性を含め
た校正を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＣＭＭ校正ゲージの実施例を示す
斜視図である。
【図２】本発明によるＣＭＭ校正ゲージの使用方法を示
す説明図である。
【図３】本発明のＣＭＭ校正ゲージと他の同様のＣＭＭ
校正ゲージ及びブロックゲージを連結して使用する状態
を示す正面図である。
【図４】本発明のＣＭＭ校正ゲージの他の実施例を示す
正面図である。
【図５】本発明のＣＭＭ校正ゲージの更に他の実施例を
示す正面図である。
【図６】本発明のＣＭＭ校正ゲージを組み合わせて使用
する状態を示す正面図である。
【図７】本発明のＣＭＭ校正ゲージの他の使用方法を示
す説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図であ
る。
【図８】従来例の斜視図である。
【符号の説明】
１ ブロックゲージ部 ２ 球体 ３ 表面 ４ ＣＭＭ校正ゲージ ６ 第１端面 ７ 第２端面

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ブロックゲージの表面に球体を固定した
    ことを特徴とするＣＭＭ校正ゲージ。
  2. 【請求項２】 ブロックゲージの表面に固定する球体が
    複数個である請求項１記載のＣＭＭ校正ゲージ。
  3. 【請求項３】 ブロックゲージの表面に固定する球体が
    大きさの異なる複数の球体である請求項２記載のＣＭＭ
    校正ゲージ。
  4. 【請求項４】 ブロックゲージの表面及び裏面に球体を
    固定した請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のＣＭ
    Ｍ校正ゲージ。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
    のＣＭＭ校正ゲージと他のブロックゲージとを相互に端
    面部分で連結させた組合せゲージからなるＣＭＭ校正ゲ
    ージ。
  6. 【請求項６】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
    のＣＭＭ校正ブロックゲージゲージの任意の複数個を相
    互に端面部分で連結させた組合せゲージからなるＣＭＭ
    校正ゲージ。
  7. 【請求項７】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
    のＣＭＭ校正ゲージの任意の複数個とブロックゲージと
    を相互に端面部分で連結させた組合せゲージからなるＣ
    ＭＭ校正ゲージ。
  8. 【請求項８】 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載
    のＣＭＭ校正ゲージを使用し、該ＣＭＭ校正ゲージのブ
    ロックゲージ部の第１端面に測定子を当てて第１端面の
    平面を特定し、次いで球体の周面及び極点に測定子を当
    てて前記平面からの球体の中心座標及び直径を特定し、
    次いで該ブロックゲージ部の第２端面に測定子を当てて
    第２端面からの球体の中心座標及び直径を求め、前記特
    定値を補正することによりＣＭＭ校正ゲージの三次元寸
    法を特定し、当該ＣＭＭ校正ゲージを用いてＣＭＭの校
    正を行うことを特徴とするＣＭＭ校正方法。
  9. 【請求項９】 請求項５乃至請求項７のいずれかに記載
    のＣＭＭ校正ゲージを使用し、該ＣＭＭ校正ゲージのブ
    ロックゲージ部の第１端面に測定子を当てて第１端面の
    平面を特定し、次いで球体の周面及び極点に測定子を当
    てて前記平面からの球体の中心座標及び直径を特定し、
    次いで該ブロックゲージ部の第２端面に測定子を当てて
    第２端面からの球体の中心座標及び直径を求め、前記特
    定値を補正し、更に当該ＣＭＭ校正ゲージに隣接する他
    のブロックゲージ又は他のＣＭＭ校正ゲージのブロック
    ゲージ部の端面に測定子を当てて当該端面からの球体の
    中心座標及び直径を求めて前記補正値を更に補正するこ
    とによりＣＭＭ校正ゲージの三次元寸法を特定し、当該
    ＣＭＭ校正ゲージを用いてＣＭＭの校正を行うことを特
    徴とするＣＭＭ校正方法。
  10. 【請求項１０】 請求項７記載の組合せゲージを使用
    し、連結したゲージの中間のゲージを連結方向に対して
    直角方向にずらし、中間のゲージの第１端面の平面を特
    定し、次いで隣接するゲージの同一方向側の当接端面の
    位置を測定して両端面間の長さを求め、同様に中間のゲ
    ージの第２端面方向の平面を特定し、次いで隣接するゲ
    ージの同一方向側の当接端面の位置を測定して両端面間
    の長さを求め、両長さにより特定方向の移動特性を含め
    たＣＭＭの校正を行うことを特徴とするＣＭＭ校正方
    法。
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