JP2001330428A - ３次元測定機の測定誤差評価方法及び３次元測定機用ゲージ - Google Patents

３次元測定機の測定誤差評価方法及び３次元測定機用ゲージ

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JP2001330428A
JP2001330428A JP2000150924A JP2000150924A JP2001330428A JP 2001330428 A JP2001330428 A JP 2001330428A JP 2000150924 A JP2000150924 A JP 2000150924A JP 2000150924 A JP2000150924 A JP 2000150924A JP 2001330428 A JP2001330428 A JP 2001330428A
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dimensional measuring
machine
gauge
axis
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Jiro Matsuda
次郎 松田
Susumu Asanuma
進 浅沼
Masanori Shibata
政典 柴田
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Asanuma Giken Co Ltd
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Asanuma Giken Co Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/042—Calibration or calibration artifacts
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B3/00—Measuring instruments characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B3/30—Bars, blocks, or strips in which the distance between a pair of faces is fixed, although it may be preadjustable, e.g. end measure, feeler strip

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ３次元測定機の各機械軸の真直度や機械軸間
の直角度の誤差評価を容易且つ高精度に行うことができ
る測定誤差評価方法を提供する。 【解決手段】 仮想基準平面内で基準軸に対し傾斜した
直線上に中心が配列された複数個の球体１１を有する３
次元測定機用ゲージ１を３次元測定機２の測定テーブル
３上にセッティングし、基準軸方向を一つの座標軸方向
とした直角座標系を仮想基準平面上に設定して、この座
標系における各球体１１の中心位置を３次元測定機で２
測定し、次に、３次元測定機用ゲージ１を基準軸回りに
１８０度反転させて測定テーブル３上に再度セッティン
グして基準軸方向を一つの座標軸方向とした直角座標系
を仮想基準平面上に設定し直し、この座標系における各
球体１１の中心位置を同様に測定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、機械部品等の寸法
測定等に用いられる３次元測定機自体が有する種々の誤
差を測定して誤差評価を行う方法及び３次元測定機の誤
差測定に用いる３次元測定機用ゲージに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、自動車用のエンジンや変速機のケ
ースのような機械部品類の寸法測定には、測定テーブル
上にセッティングした被測定物に対して３次元方向に移
動可能なプローブ（測定子）の先端を接触させて測定を
行う、３次元測定機が広く用いられている。
【０００３】このような３次元測定機においては、一般
的に、プローブが互いに直交する３つの方向に移動可能
な構造になっており、例えば、特開平２−３０６１０１
号公報に記載されているものでは、被測定物がセッティ
ングされる測定テーブルの両側で水平方向のレールに案
内されて直線移動する門柱状の第１の移動体を有してお
り、前記第１の移動体には、その移動方向と直角な水平
方向に移動可能な第２の移動体が搭載されている。
【０００４】そして、第２の移動体には、上下方向に移
動可能なスピンドル部が設けられていて、このスピンド
ル部の先端には球を固定したプローブが取り付けられ、
測定テーブル上にセッティングされた被測定物の上面に
プローブ先端の球を接触させながらこれを３次元方向に
移動させて被測定物各部の寸法を測定している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前述した３次元測定機
においては、プローブ先端の球が摩耗すると正確な寸法
の検出ができなくなるため、被測定物の測定の合間に基
準ゲージを測定テーブル上にセッティングし、前記基準
ゲージの各部の寸法を実測することによって、球の摩耗
による誤差を検査するようにしている。
【０００６】一方、３次元測定機に生じる測定誤差に
は、プローブ先端の移動を案内するガイドレール等の案
内部材の湾曲や歪みによって生じるプローブ先端の蛇行
による誤差や、互いに直角な方向にプローブの移動を案
内する２つの案内部材間の直角からの角度誤差等も含ま
れている。
【０００７】従来では、３次元測定機のそれぞれの案内
部材の真直度や、相互の案内部材間の直角度を３次元測
定機の測定テーブル上に基準ゲージを複数の向きにセッ
ティングして行っていたため、３次元測定機の誤差評価
を行うための測定作業には、多くの時間と労力を要して
いた。
【０００８】そして、近年では複雑に精密加工されたワ
ークの寸法精度を管理するため、企業における３次元測
定機の稼働率が高くなっている反面、３次元測定機自体
は、経済面あるいは運用面から定期的な性能の確認がな
されずに使用され続けている場合も少なくない。
【０００９】そこで、本発明は、前述したような従来技
術の問題を解決し、３次元測定機の各機械軸の真直度や
機械軸間の直角度の誤差評価を容易且つ高精度に行うこ
とができる測定誤差評価方法を提供し、また、前記測定
誤差評価方法に用いられる３次元測定機用ゲージを提供
することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記目的のために提供さ
れる本発明の３次元測定機の測定誤差評価方法は、プロ
ーブ先端が３つの互いに直交する機械軸に沿って被測定
物に対して相対移動するように構成された３次元測定機
の誤差評価に適用されるものである。
【００１１】前記測定誤差評価方法は、仮想基準平面内
に設定される基準軸に対して、前記仮想基準平面内で傾
斜した直線上に中心を並べて配列された複数個の球体を
有する３次元測定機用ゲージを、前記基準軸が３次元測
定機の一つ機械軸方向に平行で、且つ、前記仮想基準平
面が残りの２つの機械軸の何れかと平行になるように３
次元測定機の測定テーブル上にセッティングする第１の
手順と、前記基準軸の方向を一つの座標軸の方向とした
直角座標系を前記仮想基準平面上に設定し、この座標系
に対する各球体の中心位置を３次元測定機により測定す
る第２の手順と、３次元測定機用ゲージを前記基準軸回
りに１８０度反転させて３次元測定機の測定テーブル上
に再度セッティングする第３の手順と、前記基準軸の方
向を一つの座標軸の方向とする直角座標系を前記仮想基
準平面上に設定し、この座標系に対する各球体の中心位
置を３次元測定機により測定する第４の手順とを順次行
うものである。
【００１２】本発明の３次元測定機の測定誤差評価方法
においては、第２の手順で得られる３次元測定用ゲージ
の基準軸に直角な方向についてのｉ番目の球体中心の座
標値Ｙiと、第４の手順で得られる３次元測定用ゲージ
の基準軸に直角な方向についての同じｉ番目の球体中心
の座標値Ｙ’iに基づいて、基準軸方向の機械軸の真直
度を、（Ｙi−Ｙ’i）／２の最大値と最小値の振れ幅で
評価することができる。
【００１３】また、本発明の３次元測定機の測定誤差評
価方法においては、第２の手順で得られる３次元測定用
ゲージの基準軸方向及び前記基準軸と直角な方向につい
てのそれぞれの球体中心の座標値から回帰直線を求め
て、この回帰直線が前記基準軸となす角度θを算出し、
次いで、第４の手順で得られる３次元測定用ゲージの基
準軸方向及び前記基準軸と直角な方向についてのそれぞ
れの球体中心の座標値から回帰直線を求めて、この回帰
直線が前記基準軸となす角度θ’を算出し、仮想基準平
面に平行な２つの機械軸間の直角度を、（θ−θ’）／
２で評価することができる。
【００１４】また、本発明の３次元測定機用ゲージは、
３次元測定機のプローブ先端が接触する複数個の球体
と、仮想基準平面内に設定される基準軸に対して、前記
仮想基準平面内で傾斜した直線上にこれらの球体の中心
を並べて各球体を保持し、前記仮想基準平面を３次元測
定機の任意の２つの機械軸方向に平行に、且つ、これら
２つの機械軸の一つと前記基準軸が平行になるように３
次元測定機に取付可能な保持体とを備えたものである。
【００１５】前記３次元測定機用ゲージにおいては、保
持体が台形状のブロックで構成され、前記ブロック両側
の斜面に、複数個の球体がそれぞれの斜面の傾斜方向に
一列に並んで取り付けられていることが望ましい。
【００１６】また、保持体が台形状の透孔を有するブロ
ックで構成され、前記透孔内の対向する２つの斜面に、
複数個の球体がそれぞれの斜面の傾斜方向に一列に並ん
で取り付けられていることも望ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明は、測定テーブル上にセッ
ティングされた被測定物に対してプローブ先端を３つの
互いに直交する機械軸に沿って移動、接触させて被測定
物各部の寸法測定を行う３次元測定機の測定誤差の評価
に適用される。
【００１８】３次元測定機の誤差評価には、離間した２
点間の距離を測定した場合の実測値と真値との誤差評
価、各機械軸に沿ってプローブを移動させた場合の機械
軸の真直度の評価、並びに、２つの機械軸の間の直角度
の評価が含まれる。
【００１９】これらの誤差評価には、基準仮想平面内に
設定される基準軸に対して、前記仮想基準平面内で傾斜
した直線上に中心を並べて配列された複数個の球体を有
する３次元測定機用ゲージが用いられる。
【００２０】これらの球体は、３次元測定機の誤差測定
においてプローブ先端を接触させるためのもので、表面
が所定の直径の高精度の球面として仕上げられた、熱膨
張率が小さく且つ硬質な材料、例えばセラミックで製作
されている。
【００２１】また、これらの球体は、より具体的には３
次元測定機の測定テーブル上に取付治具等を介してセッ
ティングされる保持体に固定されている。この保持体
は、熱膨張率が小さく剛性の高い材料、例えば、御影石
や不変鋼等で製作することができる。
【００２２】また、３次元測定機用ゲージは、例えば、
保持体を台形状のやや偏平なブロックで形成し、その一
方の斜面、あるいは両方の斜面に、複数の球体をそれぞ
れの中心が斜面と平行な直線上に並ぶように固定して構
成することができる。
【００２３】なお、前記直線が含まれる仮想基準平面の
法線方向は、ブロックの厚み方向とし、基準軸が台形状
のブロックの上底面と下底面に垂直になっていることが
望ましい。
【００２４】また、保持体の形状を等脚台形状として、
その両方の斜面に球体を配列した場合には、両側の球体
中心が並ぶ直線は一つの仮想基準平面に含まれるように
し、これら２つの直線が前記仮想基準平面に含まれる基
準軸に対して対称的に配置されている構造とすることが
さらに望ましい。
【００２５】また、保持体を台形状の透孔を有するやや
扁平なブロックで構成し、前記透孔内の一つの斜面、あ
るいは２つの対向する斜面に、複数の球体をそれぞれの
中心が斜面と平行な直線上に並ぶように固定して構成す
ることができる。
【００２６】なお、この場合にも直線が含まれる仮想基
準平面の法線方向は、保持体を形成しているブロックの
厚み方向とし、基準軸が台形状の透孔内の上底面と下底
面に垂直になっていることが望ましい。
【００２７】さらに、前記透孔の形状を等脚台形状とし
て、透孔内の対向する２つの斜面に球体を配列した場合
には、それぞれの斜面における球体中心が並ぶ直線は、
一つの仮想基準平面に含まれるようにし、これら２つの
直線が前記仮想基準平面に含まれる基準軸に対して対称
的に配置されている構造とすることがさらに望ましい。
【００２８】本発明の３次元測定機用ゲージを用いて３
次元測定機の誤差を測定する場合には、先ず３次元測定
機用ゲージを、基準軸が３次元測定機の一つ機械軸方向
に平行で、且つ、前記仮想基準平面が残りの２つの機械
軸の何れかと平行になる向きにように保持体を向けて、
３次元測定機の測定テーブル上にセッティングする。
【００２９】次に、３次元測定機によって、３次元測定
機用ゲージの各球体中心の位置を測定するが、各球体の
中心位置は仮想基準平面上に設定した基準軸方向と、こ
れに直角な方向の２つを座標軸方向とする直角座標系
（以下、ゲージ座標系という。）に基づいて測定する。
【００３０】前記仮想基準平面は、少なくとも３次元測
定機用ゲージ上の離間した３点を基準として決定するこ
とができるが、３次元測定機用ゲージが台形状のブロッ
クで構成されていて、その両側斜面に球体が配列されて
いる場合には、それぞれの斜面における配列方向両端の
球体の中心位置を測定することによって、仮想基準平面
を決定し、前記仮想基準平面上にゲージ座標系を設定す
ることができる。
【００３１】ゲージ座標系が設定されると、この座標系
は３次元測定機の機械軸方向に座標軸を設定した直角座
標系（以下、機械座標系という。）と一対一に対応づけ
ることができる。
【００３２】ここで、各球体の中心位置は、球面上で互
いに離れた５つの点を測定して求める。この作業は、規
定されている球体の直径の真値で球体の真球度を確認し
ながら行う。
【００３３】例えば、球体の赤道上の４点と一方の極点
の合計５つの点の位置を３次元測定機のプローブで２回
ずつ繰り返して測定し、規定されている球体の直径の真
値と比較して球体の真球度を確認しながら球体中心の測
定を行うことができる。
【００３４】この場合、球体の中心位置の測定は、配列
されている球体の先頭のものから順に最後の球体まで行
い、最後の球体を測定したら今度はこの球体から逆順で
先頭の球体まで戻りながら測定を行うことで、測定の安
定性の確認を行うことができる。
【００３５】こうして、ゲージ座標系に対する各球体の
中心位置が全て測定されたら、３次元測定機用ゲージを
基準軸回りに１８０度反転して、再び３次元測定機の測
定テーブル上にセッティングし直し、新たにゲージ座標
系を決定し直す。次いで、前述した手順と同様にして、
３次元測定機用ゲージを反転した側において、ゲージ座
標系に対するそれぞれの球体の中心位置を測定する。
【００３６】次に、こうして得られた各球体の中心位置
の測定結果より、一つの球体を基準としてこの球体と残
りのそれぞれの球体間の中心間距離を算出し、規定され
ている真値と比較して誤差評価を行う。
【００３７】この誤差評価は、３次元測定機用ゲージを
３次元測定機に対して表側にセッティングした場合と、
基準軸回りに１８０度反転させてセッティングした場合
の両方を平均して評価する。
【００３８】また、３次元測定機用ゲージを表側にセッ
ティングして計測された基準軸に直角な方向のｉ番目の
球体中心の座標値Ｙiと、基準軸回りに１８０度反転し
てセッティングして計測された基準軸に直角方向の同じ
ｉ番目の球体中心の座標値Ｙ’iから、基準軸方向の機
械軸の真直度を（Ｙi−Ｙ’i）／２の最大値と最小値の
振れ幅として評価することができる。
【００３９】さらに、３次元測定機用ゲージを表側にセ
ッティングして計測された、ｉ番目の球体の中心位置の
基準軸方向の座標値Ｘiと、基準軸と直角な方向の座標
値Ｙiから、最小二乗法を用いて回帰直線を求め、この
回帰直線が基準軸となす角度θを算出する。
【００４０】次いで、３次元測定機用ゲージを基準軸回
りに１８０度反転してセッティングして計測された、同
じｉ番目の球体の中心位置の、基準軸方向の座標値Ｘ’
iと、基準軸と直角な方向の座標値Ｙ’iから、最小二乗
法を用いて回帰直線を求め、この回帰直線が基準軸とな
す角度θ’を算出し、得られた２つの角度θ、θ’に基
づいて、仮想基準平面に平行な２つの機械軸間の直角度
を（θ−θ’）／２によって評価する。
【００４１】前述した３次元測定機用ゲージは、基準軸
が３次元測定機の一つ機械軸方向に平行で、且つ、前記
仮想基準平面が残りの２つの機械軸の何れかと平行にな
るように、様々に向きを変えて３次元測定機の測定テー
ブルにセッティングすることによって、任意の械軸方向
の真直度と、２つの機械軸間の直角度をそれぞれ評価す
ることができる。
【００４２】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。図１は、本発明の３次元測定機の誤差評価方法に
使用する３次元測定機用ゲージを、３次元測定機にセッ
ティングした状態を示している。同図に示すように、３
次元測定機用ゲージ１は、３次元測定機２の測定テーブ
ル３上にセッティングされる治具パレット４に取付治具
５を介して固定される。
【００４３】３次元測定機２は、測定テーブル３の両側
に、Ｘ方向にスライド自在に支持された門型の可動フレ
ーム６と、前記可動フレーム６にスライド自在に支持さ
れて、Ｘ方向と直角なＹ方向にスライド自在なヘッド部
７と、前記ヘッド部７に対し、上下方向、すなわち同図
Ｚ方向に上下動自在に支持された昇降軸８とを有し、前
記昇降軸８の下端に固定されたプローブ９を測定テーブ
ル３に対して３次元方向に移動して位置決めできるよう
になっている。
【００４４】ここで、可動フレーム６、ヘッド部７、昇
降フレーム８の移動方向はそれぞれ、３次元測定機２の
機械軸の方向であり、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向を座標軸とする座
標系を機械座標系と呼ぶことにする。
【００４５】プローブ９は、図２に示すように昇降軸８
の下端に取り付けられた保持軸９Ａを有しており、前記
保持軸９Ａの下端には、先端に測定球９Ｂをそれぞれ有
する５本の枝軸９Ｃが固定されている。
【００４６】これらの枝軸９Ｃは、４本がＸ、Ｙ方向に
沿った４方向に水平面内で放射状に延びており、また、
残りの一本が垂直下方、すなわちＺ方向に延びている。
また、各測定球９Ｂは、人造ルビーやセラミックス等の
硬質で耐摩耗性のある素材で形成されており、表面が規
定の直径の高精度な球面に仕上げられている。
【００４７】通常の測定作業において、３次元測定機２
は測定テーブル３上に載せられたエンジンブロック等の
ワークの仕上げ面に、プローブ９の何れかの枝軸９Ｃ先
端の測定球９Ｂを接触させて、前記測定球９Ｂが機械座
標系の基準位置から前記仕上げ面に接触するまでのプロ
ーブ９の移動量を測定し、ワークが規定通りの寸法に仕
上げられているかどうかを検査する。なお、どの枝軸９
Ｃ先端の測定球９Ｂをワークの仕上げ面に接触させるか
は、仕上げ面の位置や向きによって選択する。
【００４８】一方、３次元測定機２自体の精度を検査し
てその校正を行う場合には、ワークの代わりに図１に示
す３次元測定機用ゲージ１を用いて、３次元測定機の測
定誤差を評価する。
【００４９】本実施例における３次元測定機用ゲージ１
は、平面視において等脚台形状の輪郭を有し、均一な厚
さを有するブロック状の保持体１０と、この保持体１０
の両側の傾斜した面に等間隔に配列されている複数の球
体１１から構成されている。
【００５０】保持体１０は、この実施例においては熱膨
張率が小さく、測定環境の温度変化の影響が少ないとい
う理由で御影石が用いられており、その各面は高精度の
平面に仕上げられている。また、保持体１０には、その
厚み方向に貫通する４つの透孔１０Ａが開けられてい
る。
【００５１】これらの透孔１０Ａを設けていることで、
保持体１０は軽量化されており、取り扱いが容易になっ
ている。また、これらの透孔１０Ａの一部のものは、後
述するように台形状に形成されている保持体１０の下底
に対応する側面１０Ｂとともに、取付治具５に取り付け
るために利用されている。
【００５２】また、それぞれの球体１１は、表面が規定
寸法の球面に高精度に仕上げられたセラミックス材で形
成されており、保持体１０の左右の斜面にそれぞれ５個
ずつ、各球体１１の中心が等間隔に直線上に並ぶように
固定されている。
【００５３】なお、本実施例では保持体１０の各斜面に
それぞれ球体１１に対応した位置に円錐状の凹部を形成
し、これらの凹部の周縁に球体１１を接着剤によって接
着して固定している。
【００５４】図３は、３次元測定機用ゲージ１が取付治
具５を介して治具パレット４に取り付けられた状態を示
すもので、取付治具５の一方の端部側に垂直に立設され
ている当て板５Ａに、台形状の保持体１０の下底に位置
する側面１０Ｂを当接させた状態で、前記側面１０Ｂに
近接する一対の透孔１０Ａの内面をクランパ１２で押し
て側面１０Ｂを当て板５Ａに押し付けることにより、３
次元測定機用ゲージ１を取付治具５に固定する構造とし
ている。
【００５５】取付治具５は、図４に示すように一方の端
部上面に当て板５Ａが固定されている基板５Ｂと、前記
基板５Ｂから当て板５Ａ側と反対側に延びる延長版５Ｃ
から構成されている。
【００５６】基板５Ｂの上面には、一対のクランパ取付
ブロック５Ｄが立設されていて、これらのクランパ取付
ブロック５Ｄにはそれぞれ、前述したクランパ１２が取
り付けられている。
【００５７】これら一対のクランパ１２はそれぞれ、当
て板５Ａに向けて軸方向に進退自在設けられたクランプ
ロッド１２Ａを有しており、これらのクランプロッド１
２Ａは、ねじ機構によりそれぞれの基端部側に設けられ
た操作輪１２Ｂを手で回すことによって軸方向に進退移
動する構造になっている。
【００５８】また、基板５Ｂ上面の当て板５Ａ近傍の２
箇所と延長版５Ｃの上面の１箇所には、３次元測定機用
ゲージ１の保持体１０に当接してこれを支えるための支
持ピン１３が設けられている。
【００５９】なお、本実施例では、当て板５Ａやクラン
パ取付ブロック５Ｄ、支持ピン１３は、基板５Ｂや延長
版５Ｃに多数形成された取付孔ｈを利用して取付治具５
に固定されており、取付位置を取付孔ｈの間隔で選択で
きるようになっている。また、これらの取付孔ｈは取付
治具５を治具パレット４に固定するためのボルト挿通孔
としても利用されている。
【００６０】次に、前述した３次元測定機用ゲージ１を
用いて３次元測定機２の誤差を求める手順について説明
する。図５は、３次元測定機用ゲージ１を図１のように
３次元測定機２上にセッティングした状態における平面
図であって、３次元測定機用ゲージ１は、保持体１０の
長手方向中心線を基準軸Ｎとして前記基準軸ＮがＸ方向
の機械軸に略平行になるようにセッティングされる。
【００６１】図５に示すように、本実施例の３次元測定
機用ゲージ１においては、１０個の球体１１は、基準線
Ｎに対して対称的に保持体１０の両側面にそれぞれの中
心が直線Ｌ１とＬ２上に等間隔に並ぶように配列されて
いる。ここでは、便宜上球体１１のうち、直線Ｌ１上に
並ぶものをＳ１〜Ｓ５で表示し、また、直線Ｌ２上に並
ぶものをＳ６〜Ｓ１０で指定する。
【００６２】測定作業は、先ず、球体Ｓ１の中心の座標
を３次元測定機２で測定することから始める。この作業
は、図６に示すようにプローブ９に設けられている測定
球９Ｂを球体Ｓ１の赤道上の４点と極の１点の合計５点
に接触させて、これらの位置から幾何学的に中心位置を
算定する。
【００６３】なお、赤道とは球体Ｓ１の直径を含み、且
つ、基準軸Ｎに平行な垂直面内における球体Ｓ１の大円
を意味し、また、極とは前記垂直面からの距離が極大値
をとる球体Ｓ１上の点を意味する。
【００６４】同様に、直線Ｌ１上の球体Ｓ５と、直線Ｌ
２上の球体Ｓ６、球体Ｓ１０の４箇所の中心位置を測定
し、これらの球体Ｓ１、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ１０の中心が含
まれる仮想基準平面Ｐを決定する。
【００６５】次いで、球体Ｓ１と球体Ｓ１０のそれぞれ
の中心を通る直線をＡ軸とし、このＡ軸上の中間点、す
なわち、Ａ軸と基準軸Ｎとの交点を原点Ｏとして、３次
元測定機用ゲージ１上に付随した座標系、すなわち、ゲ
ージ座標系を設定する。
【００６６】このゲージ座標系は、仮想基準平面内で基
準軸Ｎの方向をＸ軸、Ａ軸の方向をＹ軸とした直角座標
系で、３次元測定機２の機械軸方向に設定されている機
械座標系と一対一に対応しているので、以後、各球体中
心の座標値は全てゲージ座標系で取り扱う。
【００６７】３次元測定機用ゲージ１のセッティング位
置における座標設定後、球体Ｓ１から球体Ｓ１０まで順
に中心位置を測定し、次に、球体Ｓ１０から球体Ｓ１ま
で順に戻りながら中心位置の測定を行なう。中心位置の
測定は、各球体毎に２回ずつ行う。
【００６８】次に、３次元測定機用ゲージ１を基準軸Ｎ
回りに１８０度反転して取付治具５上にセッティングし
直し、前述した手順と同様な手順で仮想基準平面とＡ軸
を決定し、３次元測定機用ゲージ１上に新たにゲージ座
標系を設定し直す。
【００６９】次いで、３次元測定機用ゲージ１の表側と
同様に、球体Ｓ１から球体Ｓ１０まで順に各球体毎に２
回ずつ中心位置の測定を行った後、球体Ｓ１０から球体
Ｓ１まで順に戻りながら、同様に各球体毎に２回ずつ測
定を行う。更に、測定の再現性確認のために、３次元測
定機用ゲージ１の表側と反転側の同様な測定をそれぞれ
もう一度繰り返す。
【００７０】３次元測定機２の測定誤差の評価として
は、先ず、球体Ｓ１〜球体Ｓ１０の測定で得られた球径
の測定結果と、これらの球体Ｓ１〜Ｓ１０の球径の真値
から、球体の安定測定に関する誤差評価を行う。
【００７１】次に、図７に示すように、球体Ｓ１と球体
Ｓkの間のＸ軸（基準軸Ｎ）方向の中心間距離ΔＸk-1
と、Ｙ軸（Ａ軸）方向の中心間距離をΔＹk-1とを３次
元測定機用ゲージ１を表側にして測った測定値から算出
し、これらの球体間距離の規定されている真値と比較し
て誤差評価を行う。但しここで、ｋは、２〜１０の何れ
か値を表している。
【００７２】次いで、３次元測定機用ゲージ１を１８０
度反転して測った測定値から球体Ｓ１と球体Ｓkの間の
Ａ軸方向の中心間距離ΔＸ’k-1と、基準軸Ｎ方向の中
心間距離をΔＹ’k-1とを３次元測定機用ゲージ１を表
側にして測った測定値から算出し、これらの球体間距離
の真値と比較して誤差評価を行う。
【００７３】ここでは、３次元測定機用ゲージ１を表側
にセッティングした場合と、基準軸Ｎ回りに１８０度反
転させてセッティングした場合との両方の値を平均して
誤差評価することで、評価値の精度を高めることができ
る。
【００７４】この３次元測定機用ゲージ１においては、
台形状のブロックで構成されている保持体１０両側の斜
面の基準軸Ｎに対する傾斜角度を変えることにより、球
体Ｓ１と球体Ｓkの間のＡ軸方向の中心間距離ΔＸ’k-
1、或いは、球体Ｓ１と基準軸Ｎ方向の中心間距離をΔ
Ｙ’k-1を小寸法から大寸法まで様々に設定して３次元
測定機２のスケール校正を行うことができる。
【００７５】次に、３次元測定機２の機械軸の真直度の
評価を行う。先ず、Ｘ方向の機械軸の真直度を調べるた
めに、３次元測定機用ゲージ１を表側にセッティングし
たときの球体Ｓiの座標値Ｙiと、反転してセッティング
したときの同じ球体Ｓiの座標値Ｙ’iから、δi＝(Ｙi
−Ｙ’i)／２を求める。ただし、ここでは、Ｓiはｉ番
目の球体を意味している。
【００７６】図８は、３次元測定機用ゲージ１に設けら
れている５つの球体Ｓ１〜Ｓ５について、前記演算を行
ったδ１〜δ５をプロットした結果であり、Ｘ方向の機
械軸の真直度は、前記δiの最大値と最小値との間の振
れ幅Ｄで評価する。同図においては、δ２＝(Ｙ2−Ｙ’
2)／２が最大値、δ４＝(Ｙ4−Ｙ’4)／２が最小値とな
っている。
【００７７】なお、球体Ｓ６〜球体Ｓ１０の５個につい
ても同様な演算を行ってδi（ｉ＝６〜１０）の振れ幅
を求め、両者を平均して真直度の評価を行うことで、直
角度の評価値の精度を高めることができる。
【００７８】次に、３次元測定機２の２つの機械軸間の
直角度の評価を行う。まず、Ｘ方向とＹ方向の直角度の
評価を行うために、図９に示すように、３次元測定機用
ゲージ１の表側における、５個の球体Ｓ１〜Ｓ５の中心
の座標値から最小二乗法によって得られた、これらの中
心の回帰直線Ｒと座標軸Ｘとのなす角度θを求める。
【００７９】次に、３次元測定機用ゲージ１を反転した
ときのこれら５個の球体Ｓ１〜Ｓ５の中心の座標値か
ら、最小二乗法によって同様に得られた回帰直線Ｒ’と
座標軸Ｘとのなす角度θ’を求め、（θ−θ’）／２に
よって３次元測定機２の直角度の評価を行う。また、残
りの５個の球体Ｓ６〜Ｓ１０についても同様な手順で直
角度の評価を行い、両方の結果を平均することで３次元
測定機２のＸ、Ｙ両軸間の直角度を評価する。
【００８０】以上には、３次元測定機用ゲージ１を図１
０の（Ａ）に示す向きで３次元測定機２にセッティング
した場合について説明したが、図１０（Ｂ）のようにＸ
Ｙ平面内で９０度回転した向きにセッティングすること
により、Ｙ方向の機械軸の真直度の評価を行うことがで
きる。
【００８１】また、図１０（Ｃ）のように３次元測定機
用ゲージ１を立ててセッティングすることで、Ｚ方向の
機械軸のＸ方向の湾曲に対する真直度と、Ｚ方向とＸ方
向の２つの機械軸間の直角度を評価することができる。
【００８２】同様に図１０（Ｄ）のように３次元測定機
用ゲージ１を直立させてセッティングすることで、Ｚ方
向の機械軸のＹ方向の湾曲に対する真直度と、Ｙ方向と
Ｚ方向の２つの機械軸間の直角度を評価することができ
る。
【００８３】次に、図１１は、本発明の３次元測定機用
ゲージの別の実施例を示す斜視図であって、同図に示す
３次元測定機用ゲージ１’においては、保持体１０’が
等脚台形状の透孔１０’Ａを有するやや扁平な直方体状
のブロックで構成されており、前記透孔１０’Ａ内の対
向する２つの斜面に、前述した３次元測定機用ゲージ１
に用いられているものと同様な複数の球体１１がそれぞ
れの斜面の傾斜方向に一列に並んで取り付けられてい
る。
【００８４】これらの球体１１の中心は、一つの仮想基
準平面内に含まれた、透孔１０’Ａ内の対向する２つの
斜面にそれぞれ平行した直線上に位置しており、この実
施例では、球体１１は各斜面の傾斜方向に等間隔に５個
ずつ設けられている。
【００８５】また、この実施例の３次元測定機用ゲージ
１’では、これらの直線が含まれる仮想基準平面の法線
方向が保持体１０’を形成しているブロックの厚み方向
に一致し、基準軸が台形状の透孔内の上底面と下底面に
垂直になるように設定されている。
【００８６】なお、３次元測定機用ゲージ１’は、前述
した図４に示す取付治具５のクランパ１２の位置を変更
することで、前述した３次元測定機用ゲージ１と同様に
図１に示す３次元測定機２にセッティングして使用する
ことができる。
【００８７】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項１記載の
発明によれば、３次元測定機の２点間の距離の測定精度
や各機械軸の真直度、並びに、２つの機械軸間の直角度
を評価するための座標値データを同時に得ることがで
き、測定機の測定誤差の評価を効率的に行うことができ
る。
【００８８】また、請求項２記載の発明によれば、３次
元測定機用ゲージを表側と反転側の両方の測定値から３
次元測定機用ゲージ自体に含まれる誤差を除去でき、３
次元測定機の各機械軸の真直度を高精度に評価すること
ができる。
【００８９】また、請求項３記載の発明によれば、３次
元測定機用ゲージを表側と反転側の両方の測定値から３
次元測定機用ゲージ自体に含まれる誤差を除去でき、３
次元測定機の各機械軸間の直角度を高精度に評価するこ
とができる。
【００９０】さらに、請求項４記載の発明によれば、３
次元測定機の２点間の距離の測定精度や各機械軸の真直
度、及び、２つの機械軸間の直角度をそれぞれ評価する
ためのデータを高精度且つ容易に得ることができる、安
価な３次元測定機用ゲージを提供することができる。
【００９１】また、請求項５記載の発明によれば、保持
体を構成する台形状ブロックの両側の斜面に球体が配置
されているため、測定点の数を多くでき、３次元測定機
の誤差評価をより高精度に行うことができる。
【００９２】また、請求項６記載の発明によれば、保持
体に形成された台形状の透孔内に球体が配置されている
ため、球体を保護することができるとともに、保持体の
重量を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の３次元測定機用ゲージを３次元測定
機にセッティングした状態を示す斜視図である。
【図２】 ３次元測定機のプローブの拡大図である。
【図３】 本発明の３次元測定機用ゲージを取付治具へ
固定した状態を示す斜視図である。
【図４】 本発明の３次元測定機用ゲージを固定するた
めの取付治具の斜視図である。
【図５】 ３次元測定機用ゲージの平面図である。
【図６】 球体中心の測定方法を説明する図である。
【図７】 球体中心間距離の測定方法を説明する図であ
る。
【図８】 Ｘ軸方向の真直度の算出方法を説明する図で
ある。
【図９】 機械軸間の直角度の算出方法を説明する図で
ある。
【図１０】 ３次元測定機用ゲージの３次元測定機への
セッティング姿勢を示す図であり、（Ａ）、（Ｂ）は、
倒伏姿勢としたもの、（Ｃ）、（Ｄ）は起立姿勢とした
もの。
【図１１】 ３次元測定機用ゲージの別の実施例を示す
斜視図である。
【符号の説明】
１、１’ ３次元測定機用ゲージ ２ ３次元測定機 ３ 測定テーブル ４ 治具パレット ５ 取付治具 ５Ａ 当て板 ５Ｂ 基板 ５Ｃ 延長版 ５Ｄ クランパ取付ブロック ６ 可動フレーム ７ ヘッド部 ８ 昇降軸 ９ プローブ ９Ａ 保持軸 ９Ｂ 測定球 ９Ｃ 枝軸 １０、１０’ 保持体 １０Ａ、１０’Ａ 透孔 １１ 球体 １２ クランパ １２Ａ クランプロッド １３ 支持ピン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 次郎 茨城県つくば市梅園１丁目１番４工業技術 院計量研究所内 (72)発明者 浅沼 進 静岡県浜松市湖東町4079−１ 株式会社浅 沼技研内 (72)発明者 柴田 政典 静岡県浜松市湖東町4079−１ 株式会社浅 沼技研内 Ｆターム(参考） 2F069 AA04 AA13 AA55 AA66 AA72 DD30 FF07 GG01 GG33 GG65 HH01 JJ08 LL02 MM02 NN09 NN17 NN25 NN26 RR03

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プローブ先端が３つの互いに直交する機
    械軸に沿って被測定物に対して相対移動するように構成
    された３次元測定機の測定誤差評価方法であって、 仮想基準平面内に設定される基準軸に対して、前記仮想
    基準平面内で傾斜した直線上に中心を並べて配列された
    複数個の球体を有する３次元測定機用ゲージを、前記基
    準軸が３次元測定機の一つ機械軸方向に平行で、且つ、
    前記仮想基準平面が残りの２つの機械軸の何れかと平行
    になるように３次元測定機の測定テーブル上にセッティ
    ングする第１の手順と、 前記基準軸の方向を一つの座標軸の方向とした直角座標
    系を前記仮想基準平面上に設定し、この座標系に対する
    各球体の中心位置を３次元測定機により測定する第２の
    手順と、 ３次元測定機用ゲージを前記基準軸回りに１８０度反転
    させて３次元測定機の測定テーブル上に再度セッティン
    グする第３の手順と、 前記基準軸の方向を一つの座標軸の方向とする直角座標
    系を前記仮想基準平面上に設定し、この座標系に対する
    各球体の中心位置を３次元測定機により測定する第４の
    手順とを順次行うことを特徴とする３次元測定機の誤差
    評価方法。
  2. 【請求項２】 第２の手順で得られる３次元測定用ゲー
    ジの基準軸に直角な方向についてのｉ番目の球体中心の
    座標値Ｙiと、第４の手順で得られる３次元測定用ゲー
    ジの基準軸に直角な方向についての同じｉ番目の球体中
    心の座標値Ｙ’iに基づいて、基準軸方向の機械軸の真
    直度を、（Ｙi−Ｙ’i）／２の最大値と最小値の振れ幅
    で評価することを特徴とする請求項１記載の３次元測定
    機の誤差評価方法。
  3. 【請求項３】 第２の手順で得られる３次元測定用ゲー
    ジの基準軸方向及び前記基準軸と直角な方向についての
    それぞれの球体中心の座標値から回帰直線を求めて、こ
    の回帰直線が前記基準軸となす角度θを算出し、 次いで、第４の手順で得られる３次元測定用ゲージの基
    準軸方向及び前記基準軸と直角な方向についてのそれぞ
    れの球体中心の座標値から回帰直線を求めて、この回帰
    直線が前記基準軸となす角度θ’を算出し、 仮想基準平面に平行な２つの機械軸間の直角度を、（θ
    −θ’）／２で評価することを特徴とする請求項１記載
    の３次元測定機の誤差評価方法。
  4. 【請求項４】 ３次元測定機のプローブ先端が接触する
    複数個の球体と、 仮想基準平面内に設定される基準軸に対して、前記仮想
    基準平面内で傾斜した直線上にこれらの球体の中心を並
    べて各球体を保持し、前記仮想基準平面を３次元測定機
    の任意の２つの機械軸方向に平行に、且つ、これら２つ
    の機械軸の一つと前記基準軸が平行になるように３次元
    測定機に取付可能な保持体とを備えたことを特徴とする
    ３次元測定機用ゲージ。
  5. 【請求項５】 保持体が台形状のブロックで構成され、
    前記ブロック両側の斜面に、複数個の球体がそれぞれの
    斜面の傾斜方向に一列に並んで取り付けられていること
    を特徴とする請求項４記載の３次元測定機用ゲージ。
  6. 【請求項６】 保持体が台形状の透孔を有するブロック
    で構成され、前記透孔内の対向する２つの斜面に、複数
    個の球体がそれぞれの斜面の傾斜方向に一列に並んで取
    り付けられていることを特徴とする請求項４記載の３次
    元測定機用ゲージ。
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