JP2005181023A - Apparatus and method for measuring height difference and inclination angle between planes - Google Patents
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Abstract
【課題】 複数の平面を有するひとつの物体の任意の2平面のうち、一方の平面に対する他方の平面の高低差と傾斜角度を精度良く、かつ短時間にて容易に測定する平面間の高低差と傾斜角度の測定装置及び方法を提供する。
【解決手段】 相対的に不動な複数の平面を有する測定対象物体1において何れか一つの平面を比較基準面6とし、他の任意の平面を測定面7として、比較基準面6に対する測定面7の高低差と傾斜角度を測定する装置であって、検査基準となる定盤面17を有する定盤固定部10と、測定対象物体1を比較基準面6で定盤固定部10の定盤面17に当接させて保持するリフター部16と、定盤固定部10の定盤面17の垂線方向と平行な方向において測定対象物体1の測定面7までの距離を複数の測定点で測長する複数の距離センサ14とを有する。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately measure a height difference and an inclination angle of another plane with respect to one plane among two arbitrary planes of an object having a plurality of planes with high accuracy and easily in a short time. And a tilt angle measuring apparatus and method.
In a measurement object 1 having a plurality of relatively immovable planes, any one plane is used as a comparison reference plane 6, and any other plane is used as a measurement plane 7. The surface plate fixing part 10 having a surface plate surface 17 serving as an inspection reference and the object 1 to be measured on the surface plate surface 17 of the surface plate fixing part 10 are compared with the reference surface 6. A plurality of lifters 16 that are held in contact with each other and a plurality of measurement points measuring the distance to the measurement surface 7 of the measurement target object 1 in a direction parallel to the perpendicular direction of the surface plate surface 17 of the surface plate fixing unit 10. And a distance sensor 14.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は平面間の高低差と角度の測定装置及び方法に関し、相対的に不動な複数の平面を有する測定対象物体おいて何れか一つの面を比較基準面として、同基準面に対する測定対象物体の他の任意の平面の高低差と傾斜角度を容易に、かつ短時間に測定するための技術に係るものである。 The present invention relates to an apparatus and method for measuring a height difference and an angle between planes, and in a measurement target object having a plurality of relatively stationary planes, any one surface is used as a comparison reference plane, and the measurement target object with respect to the reference plane The present invention relates to a technique for easily measuring the height difference and inclination angle of any other plane in a short time.
従来、この種の技術では、測定対象の2平面間の高低差さ及び傾斜角度は、レーザ測定装置と同装置の測長ヘッドを移動させるための直交する2軸もしくは3軸の移動テーブルとを組み合わせた3次元測定装置等を用いている。 Conventionally, in this type of technology, the height difference and the inclination angle between two planes to be measured are a combination of a laser measuring device and an orthogonal two-axis or three-axis moving table for moving the measuring head of the same device. A three-dimensional measuring device or the like is used.
その測定手法は以下の手順で行っている。
1.装置の測定基準位置から測定対象物に設定した基準面上の3測定点との距離を側長する。
2.装置の測定基準位置から測定対象物の測定面上の3測定点との距離を側長する。
3.基準面と測定面の2面についてそれぞれの平面の方程式を決定する。
4.決定した各平面の方程式から演算によって基準面に対する測定面の傾斜角度と高低差を求める。
The measurement method is as follows.
1. The distance from the measurement reference position of the apparatus to the three measurement points on the reference plane set for the measurement object is laterally extended.
2. The distance from the measurement reference position of the apparatus to the three measurement points on the measurement surface of the measurement object is laterally extended.
3. Equations for the respective planes are determined for the reference plane and the measurement plane.
4). An inclination angle and a height difference of the measurement surface with respect to the reference surface are obtained by calculation from the determined equation of each plane.
この種の技術の先行技術文献としては特許文献1がある。
しかしながら、上記従来の方法による測定では、測定対象物の表面粗さに起因する測長値の微妙な差が平面の方程式に傾きの誤差として直接影響を与える。この誤差は測定する2平面間の距離に比例して拡大するので、特に両平面の高低差の演算結果において同一測定対象物体の繰り返し測定精度が要求精度を満たせなくなる場合がある。 However, in the measurement by the conventional method described above, a subtle difference in the length measurement value caused by the surface roughness of the measurement object directly affects the plane equation as a tilt error. Since this error increases in proportion to the distance between the two planes to be measured, the repeated measurement accuracy of the same object to be measured may not satisfy the required accuracy, particularly in the calculation result of the height difference between the two planes.
また、同様の装置を用いて各種製品の検査を工程にて行う場合に、測定装置の測長ヘッドが6個所の測定点間を物理的に移動するために要する時間は1製品の検査に要する時間の大きな要素であり、この測長ヘッドの移動時間が長くなると生産ライン上に配置する検査装置数を増大させ、ひいては製品コストを引き上げる要因となる。 Further, when various products are inspected in the same process using the same apparatus, the time required for the length measuring head of the measuring apparatus to physically move between the six measurement points is required for inspecting one product. This is a major factor in time. If the moving time of the measuring head is increased, the number of inspection devices arranged on the production line is increased, which in turn increases the product cost.
本発明は上記問題を解決するもので、複数の平面を有するひとつの物体の任意の2平面のうち、一方の平面に対する他方の平面の高低差と傾斜角度を精度良く、かつ短時間にて容易に測定する平面間の高低差と傾斜角度の測定装置及び方法を提供する。 The present invention solves the above-mentioned problem. Of any two planes of an object having a plurality of planes, the height difference and inclination angle of the other plane with respect to one plane can be accurately and easily performed in a short time. The present invention provides an apparatus and a method for measuring a height difference and a tilt angle between planes to be measured.
上記問題を解決するために、本発明の請求項1に記載の平面間の高低差と傾斜角度の測定装置は、相対的に不動な複数の平面を有する測定対象物体において何れか一つの平面を比較基準面とし、他の任意の平面を測定面として、比較基準面に対する測定面の高低差と傾斜角度を測定する装置であって、
検査基準となる定盤面を有する定盤手段と、測定対象物体を比較基準面で定盤手段の定盤面に当接させて保持する測定対象物体保持手段と、定盤手段の定盤面の垂線方向と平行な方向において測定対象物体の測定面までの距離を複数の測定点で測長する測定手段とを有するものである。
In order to solve the above-described problem, the measuring device for height difference and inclination angle between planes according to claim 1 of the present invention provides any one plane in a measurement target object having a plurality of relatively stationary planes. A device for measuring a height difference and an inclination angle of a measurement surface with respect to a comparison reference surface, using the other reference surface as a measurement surface as a comparison reference surface,
A surface plate means having a surface plate as an inspection reference, a measurement object holding means for holding the object to be measured in contact with the surface plate surface of the surface plate means on the comparison reference surface, and a perpendicular direction of the surface plate surface of the surface plate means Measuring means for measuring the distance to the measurement surface of the measurement target object at a plurality of measurement points in a direction parallel to the measurement object.
上記した構成により、測定対象物体を比較基準面で定盤手段の定盤面に当接させて位置決めすることで、定盤面と比較基準面が相互間に高低差および傾斜角度の無い同等の位置関係となるので、測定対象物体の比較基準面と測定面との高低差および傾斜角度の測定に際して、測定対象物体の比較基準面を測定する必要がなくなり、定盤手段の定盤面に対する測定対象物体の測定面の高低差および傾斜角度を測定することで、測定対象物体の比較基準面と測定面との間の高低差および傾斜角度を得ることができる。 With the configuration described above, the object to be measured is positioned in contact with the surface plate surface of the surface plate means on the comparison reference surface, so that the surface plate surface and the comparison reference surface have the same positional relationship with no height difference and inclination angle between each other. Therefore, it is not necessary to measure the comparison reference surface of the measurement target object with respect to the surface plate surface of the surface plate means when measuring the height difference and the inclination angle between the comparison reference surface of the measurement target object and the measurement surface, and the inclination angle. By measuring the height difference and the inclination angle of the measurement surface, the height difference and the inclination angle between the comparison reference surface and the measurement surface of the object to be measured can be obtained.
測定に際しては、事前に測定手段の初期値として定盤手段の定盤面までの距離を測定する。このため、マスターワーク(基準器)を基準面で定盤手段の定盤面に押し当て測定対象物体保持手段で保持し、測定手段に対向するマスターワークの基準面を定盤面と同等であるとして基準面までの距離を測定手段で測長する。 When measuring, the distance to the surface of the surface plate means is measured in advance as an initial value of the measuring means. For this reason, the master work (reference device) is pressed against the surface plate surface of the surface plate means by the reference surface and is held by the measurement object holding means, and the reference surface of the master work facing the measurement means is assumed to be equivalent to the surface plate surface. Measure the distance to the surface with the measuring means.
マスターワークは基準面が単一の平面であるものが標準であるが、基準面を定盤手段の定盤面に押し当る領域(第1基準面)と測定手段に対向する領域(第2基準面)とを異なる平面として有し、双方の領域間に補正値として既知の高低差および傾斜角度を有するものでも良い。この場合には測定値を補正値で補正する。 The standard master work has a single reference plane, but the area where the reference plane is pressed against the surface of the surface plate means (first reference surface) and the area facing the measurement means (second reference surface) ) As different planes, and having a known height difference and inclination angle as correction values between the two regions. In this case, the measured value is corrected with the correction value.
本測定時には、測定対象物体を比較基準面で定盤手段の定盤面に当接させて測定対象物体保持手段で保持し、測定手段に対向する測定対象物体の測定面までの距離を測長し、測長した実測値と初期値との差を測定値とする。 At the time of this measurement, the object to be measured is brought into contact with the surface plate surface of the surface plate means at the comparison reference surface and held by the object object holding means, and the distance to the surface to be measured of the object to be measured facing the measuring means is measured. The difference between the measured actual value measured and the initial value is taken as the measured value.
以下に詳しく説明する。定盤面と平行な仮想平面をマスターワークの基準面上および測定対象物体の測定面上に重ねて想定し、仮想平面に直交するX軸とY軸を設定し、X軸とY軸の交点を基準点としてX軸とY軸の軸上に所定距離だけ離間して存在するY軸上の第1測定点、X軸とY軸の交点上の第2測定点、X軸上の第3測定点を設定し、第1測定点と第2測定点との距離および第2測定点と第3測定点との距離を既知の所定値とする。 This will be described in detail below. Assuming that a virtual plane parallel to the surface plate is superimposed on the reference surface of the master work and the measurement surface of the object to be measured, set the X axis and Y axis perpendicular to the virtual plane, and set the intersection of the X axis and Y axis. As a reference point, a first measurement point on the Y axis that is separated from the X axis and the Y axis by a predetermined distance, a second measurement point on the intersection of the X axis and the Y axis, and a third measurement on the X axis A point is set, and the distance between the first measurement point and the second measurement point and the distance between the second measurement point and the third measurement point are set to known predetermined values.
初期値の測定に際しては、測定手段に対向するマスターワークの基準面上に投影するY軸上の第1測定点、X軸とY軸の交点上の第2測定点、X軸上の第3測定点の各測定点において測長する。 When measuring the initial value, the first measurement point on the Y axis projected onto the reference surface of the master work facing the measurement means, the second measurement point on the intersection of the X axis and the Y axis, and the third measurement point on the X axis. Measure at each measurement point.
そして、各測定点における実測値をそれぞれ、Y軸上の第1測定点の初期値、X軸とY軸の交点上の第2測定点の初期値、X軸上の第3測定点の初期値とする。
本測定時には、測定対象物体を比較基準面で定盤手段の定盤面に当接させて測定対象物体保持手段で保持し、マスターワークに対する測定点と同じ測定点において測定手段に対向する測定対象物体の測定面までの距離を測長する。
The measured values at the respective measurement points are respectively the initial value of the first measurement point on the Y axis, the initial value of the second measurement point on the intersection of the X axis and the Y axis, and the initial value of the third measurement point on the X axis. Value.
At the time of this measurement, the object to be measured is brought into contact with the surface plate surface of the surface plate means at the comparison reference plane and held by the object object holding means, and the object to be measured is opposed to the measuring means at the same measurement point as the measurement point for the master workpiece. Measure the distance to the measurement surface.
そして、各測定点において測長した実測値と初期値との差を各測定点の測定値とし、第1測定点の測定値と、第2測定点の測定値と、第3測定点の測定値を算出する。
この算出した測定値のうち基準点である第2測定点の測定値を測定対象物体の比較基準面と測定面との高低差(Penetration)とする。
Then, the difference between the actual value measured at each measurement point and the initial value is taken as the measurement value at each measurement point, and the measurement value at the first measurement point, the measurement value at the second measurement point, and the measurement at the third measurement point. Calculate the value.
Among the calculated measurement values, the measurement value at the second measurement point, which is the reference point, is defined as a difference between the comparison reference surface and the measurement surface of the measurement target object.
次に、測定対象物体の比較基準面に対する測定面の傾斜角度を算出する。X軸回りの傾斜角度(Pitch)は、既知の所定値である第1測定点と第2測定点間の距離と、基準点である第2測定点における測定値と第1測定点における測定値の差値との関係から逆三角関数で算出する。Y軸回りの傾斜角度(Roll)は、既知の所定値である第2測定点と第3測定点間の距離と、基準点である第2測定点における測定値と第3測定点における測定値の差値との関係から逆三角関数で算出する。 Next, the inclination angle of the measurement surface with respect to the comparison reference surface of the measurement object is calculated. The inclination angle (Pitch) around the X axis is a known predetermined value between the first measurement point and the second measurement point, the measurement value at the second measurement point as the reference point, and the measurement value at the first measurement point. It calculates with the inverse trigonometric function from the relationship with the difference value. The tilt angle (Roll) about the Y axis is the distance between the second measurement point and the third measurement point, which are known predetermined values, the measurement value at the second measurement point, which is the reference point, and the measurement value at the third measurement point. It calculates with the inverse trigonometric function from the relationship with the difference value.
この装置を用いれば、従来のように、測定対象物体の比較基準面上で測長を行う必要がなく、また測定手段を測定対象物体の比較基準面と測定面との二面間において移動させる必要も発生しないため、短時間にて両面間の高低差と傾斜角度を求めることができる。 If this apparatus is used, there is no need to perform length measurement on the comparison reference plane of the object to be measured as in the prior art, and the measuring means is moved between two surfaces of the comparison reference plane and the measurement plane of the measurement object. Since there is no necessity, the height difference and the inclination angle between both surfaces can be obtained in a short time.
本発明の請求項2に記載の平面間の高低差と傾斜角度の測定装置は、測定対象物体保持手段が、測定対象物体に当接する可動部材と、可動部材を定盤面に向けて付勢する弾性体と、可動部材と弾性体とを連結する自在継手とからなるものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a measuring apparatus for measuring the height difference between the planes and the inclination angle, the measuring object holding means biasing the moving member abutting the measuring object and the moving member toward the surface plate surface. It consists of an elastic body and a universal joint that connects the movable member and the elastic body.
この構成によれば、定盤手段の定盤面に対する測定対象物体の比較基準面の位置決めを極めて簡易に行うことができる。
本発明の請求項3に記載の平面間の高低差と傾斜角度の測定装置は、測定手段が測定対象物体の測定面上に配する測定点の数と等しい数の距離センサを有するものである。
According to this configuration, the positioning of the comparison reference surface of the object to be measured with respect to the surface plate surface of the surface plate means can be performed very simply.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a device for measuring a height difference between planes and an inclination angle, the number of distance sensors being equal to the number of measurement points arranged on the measurement surface of the measurement object by the measurement means. .
この構成により、測定点の設定は距離センサの配置位置によって決まり、定盤面および定盤面と同等のマスタプレートの基準面と平行な平面において直交するX軸とY軸の二軸を設定し、各距離センサを相互に所定距離だけ離してX軸上、Y軸上、X軸とY軸の交点に配置する。 With this configuration, the setting of the measurement point is determined by the arrangement position of the distance sensor, and the two axes of the X axis and the Y axis that are orthogonal to each other in the plane parallel to the reference surface of the master plate equivalent to the surface plate surface and the surface plate surface are set. The distance sensors are separated from each other by a predetermined distance, and are arranged on the X axis, the Y axis, and the intersections of the X axis and the Y axis.
このため、測定面上の複数の測定点を測長するに際して測定手段の距離センサを移動させる必要がなくなるので、測定時間を短縮でき、かつ測定手段から距離センサを移動させるための機構を除去できるので装置を簡素化できる。 This eliminates the need to move the distance sensor of the measurement means when measuring a plurality of measurement points on the measurement surface, thereby reducing the measurement time and eliminating the mechanism for moving the distance sensor from the measurement means. Therefore, the apparatus can be simplified.
本発明の請求項4に記載の平面間の高低差と傾斜角度の測定方法は、相対的に不動な複数の平面を有する測定対象物体において何れか一つの平面を比較基準面とし、他の任意の平面を測定面として、比較基準面に対する測定面の高低差と傾斜角度を測定する方法であって、
マスターワークを基準面で定盤手段の定盤面に押し当て、測定手段に対向するマスターワークの基準面上の複数の測定点までの距離を定盤面の垂線方向と平行な方向において測長し、各測定点における実測値をそれぞれ各測定点の初期値とし、各測定点間の距離を既知の所定値と設定し、
測定対象物体を比較基準面で定盤手段の定盤面に押し当て、測定手段に対向する測定対象物体の測定面までの距離を、マスターワークに対する測定点と同じ測定点において測長し、各測定点において測長した実測値と初期値との差を各測定点の測定値とし、
測定点のうちで基準点とする測定点の測定値を測定対象物体の比較基準面と測定面との高低差とし、基準点とする測定点における測定値と任意の測定点における測定値との差値、および既知の所定値である当該測定点と基準点とする測定点間の距離との関係において、比較基準面に対する測定面の傾斜角度を算出するものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for measuring a height difference between planes and a tilt angle, wherein a measurement target object having a plurality of relatively stationary planes is used as a comparison reference plane, and any other arbitrary Is a method of measuring the height difference and the inclination angle of the measurement surface with respect to the comparison reference surface, using the flat surface of
The master work is pressed against the surface plate surface of the surface plate means with the reference surface, and the distance to a plurality of measurement points on the reference surface of the master work facing the measurement means is measured in a direction parallel to the perpendicular direction of the surface plate surface, The actual measurement value at each measurement point is the initial value of each measurement point, and the distance between each measurement point is set as a known predetermined value.
The object to be measured is pressed against the surface plate of the surface plate means with the comparison reference surface, and the distance to the surface to be measured of the object to be measured facing the measuring means is measured at the same measurement point as the measurement point for the master workpiece. The difference between the measured value measured at the point and the initial value is the measured value at each measuring point,
Among the measurement points, the measurement value at the measurement point used as the reference point is the difference in height between the comparison reference surface and the measurement surface of the object to be measured, and the measurement value at the measurement point used as the reference point and the measurement value at any measurement point The inclination angle of the measurement surface with respect to the comparison reference surface is calculated in the relationship between the difference value and the distance between the measurement point which is a known predetermined value and the measurement point as the reference point.
この構成によれば、測定対象物体の比較基準面と測定面との二面間における距離の影響を受けずに、その高低差について繰り返し精度の良い測定を行うことができる。 According to this configuration, it is possible to perform measurement with high accuracy with respect to the height difference without being affected by the distance between the two surfaces of the comparison reference surface and the measurement surface of the measurement target object.
以上のように本発明によれば、測定対象物体を比較基準面で定盤手段の定盤面に当接させて位置決めすることで、測定対象物体の比較基準面を測定する必要がなくなり、定盤手段の定盤面に対する測定対象物体の測定面の高低差および傾斜角度を測定することで、測定対象物体の比較基準面と測定面との間の高低差および傾斜角度を得ることができる。 As described above, according to the present invention, it is not necessary to measure the comparison reference plane of the measurement target object by positioning the measurement target object in contact with the surface plate surface of the surface plate means on the comparison reference plane, thereby eliminating the need to measure the comparison reference plane of the measurement target object. By measuring the height difference and the tilt angle of the measurement surface of the measurement target object with respect to the surface plate surface of the means, the height difference and the tilt angle between the comparison reference surface and the measurement surface of the measurement target object can be obtained.
つまり、事前にマスターワークにおいて測長した基準面までの距離を定盤面および比較基準面までの初期値とし、測定対象物体において測長した測定面までの距離の実測値と初期値との差を測定値として複数の測定点における測定値を求め、基準点とする測定点の測定値を測定対象物体の比較基準面と測定面との高低差となし、基準点とする測定点における測定値と任意の測定点における測定値との差値、および既知の所定値である当該測定点と基準点とする測定点間の距離との関係において、比較基準面に対する測定面の傾斜角度を算出できる。 In other words, the distance to the reference surface measured in advance in the master work is taken as the initial value to the surface plate surface and the comparative reference surface, and the difference between the measured value and the initial value of the distance to the measurement surface measured in the object to be measured is calculated. Measured values at multiple measuring points are obtained as measured values, and the measured value at the measuring point as the reference point is not the difference in height between the comparison reference surface and the measuring surface of the object to be measured, and the measured value at the measuring point as the reference point is The inclination angle of the measurement surface with respect to the comparison reference surface can be calculated based on the difference between the measurement value at an arbitrary measurement point and the relationship between the measurement point that is a known predetermined value and the distance between the measurement point as the reference point.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1は本発明の実施の形態にかかる平面間の高低差と傾斜角度の測定装置の模式図、図2は本装置において測定する測定対象物体において、相対的に不動な複数の平面のうちのいずれか一つの面を基準とした場合の同基準面(以下において比較基準面と称す)に対する前記物体内の任意の一平面(以下において測定面と称す)の高低差と傾斜角度の定義図、図3は測定対象物体の一例を示す斜視図、図4は本装置の斜視図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram of an apparatus for measuring the height difference and inclination angle between planes according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram of a plurality of relatively immovable planes in a measurement object measured by the apparatus. A definition diagram of a height difference and an inclination angle of an arbitrary plane (hereinafter referred to as a measurement plane) in the object with respect to the same reference plane (hereinafter referred to as a comparison reference plane) when any one plane is used as a reference; FIG. 3 is a perspective view showing an example of an object to be measured, and FIG. 4 is a perspective view of the apparatus.
図1〜図4において、測定対象物体1は、その一例としての情報記録媒体を取り扱う機器であり、ベース2に磁気テープの繰り出しおよび巻き取りを行うSリール3およびTリール4を設け、さらに磁気テープを案内する複数のガイドポスト5を設けたものであり、測定に際してはSリール3およびTリール4の上面を相対的に不動な複数の平面としてベース2との一体物として扱い、Sリール3の上面を比較基準面6とし、Tリール4の上面を測定面7とする。
1 to 4, an object 1 to be measured is an apparatus that handles an information recording medium as an example, and an
測定装置8は、基盤部材9に立設した定盤手段をなす定盤固定部10と、基盤部材9に設置したXテーブル11およびYテーブル12を介して配設した測定可動部13と、測定可動部13に設けた測定手段をなすレーザ距離センサ等からなる複数の距離センサ14と、測定対象物体1を定盤固定部10に押圧する測定対象物体保持手段をなすリフター部16を備えている。
The measuring
定盤固定部10は基盤部材9に対向する部位が定盤面17をなし、測定可動部13は基盤部材9に対向する部位が測定基準面18をなして測定基準面18に複数の距離センサ14を配設している。定盤面17および測定基準面18は測定時にそれぞれ互いの位置関係が固定され、本実施の形態では両面は平行となるよう組み付けられている。
The surface
リフター部16は測定対象物体1に当接する可動部材をなすプレート19と、プレート19を基盤部材9に対して昇降自在に保持するガイドロッド20と、ガイドロッド20を所定角度範囲内で鉛直方向に対して揺動自在に保持する基盤部材9に設けたロッド保持孔21と、プレート19を定盤面17に向けて付勢する弾性体としてのバネ22と、バネ222とプレート19を連結する自在継手としてのフローティングユニバーサルジョイント23からなる。
The
ここで、本実施の形態における測定対象物体1での高低差と傾斜角度の定義を図2を参照して説明する。本装置は測定可動部13の測定基準面18において直交する2軸上の3箇所にそれぞれ第一の距離センサ15a、第二の距離センサ15b、第三の距離センサ15cを配置しており、この位置関係を以下に述べる。
Here, the definition of the height difference and the inclination angle in the measurement target object 1 in the present embodiment will be described with reference to FIG. In this apparatus, a
図2において、定盤面17および後述するマスターワークの基準面と平行である測定可動部13の測定基準面18に対して平行な仮想平面Sを測定対象物体1の測定面7の上に重ねて想定し、仮想平面Sにおいて直交するX軸、Y軸を設定し、X軸とY軸の交点を基準点としてX軸とY軸の軸上に所定距離だけ離間して存在するY軸上の第1測定点31、X軸とY軸の交点上の第2測定点32、X軸上の第3測定点33を設定し、第1測定点と第2測定点との距離ylおよび第2測定点と第3測定点との距離xlを既知の所定値とする。
In FIG. 2, a virtual plane S parallel to the
第一の距離センサ15a、第二の距離センサ15b、第三の距離センサ15cは、それぞれが第1測定点31、第2測定点32、第3測定点33を通過し、測定対象物体1の測定面7の上に投影する各測定点において測長先端で測定対象物体1の測定面7に接しており、定盤面17の垂線方向と平行な方向において測定対象物体の測定面7までの距離を第1測定点31、第2測定点32、第3測定点33において測長する。本実施の形態では複数の距離センサで測長するが、単一の距離センサを第1測定点31、第2測定点32、第3測定点33に移動させる構成とすることも可能である。
The
測定対象物体1の比較基準面6に対する測定面7の高低差は第2測定点32で測長する値をPenetrationとして、またX軸周りの傾斜角度をPitch、Y軸周りの傾斜角度をRollとして、図中に示す方向に対してそれぞれ符号を定義する。
The height difference of the
Xテーブル11は、図2に示すX軸方向に測定可動部13を移動させ、Yテーブル12は、図2に示すY軸方向に測定可動部13を移動させるものである。
以上のように構成された装置を用いた測定手順を以下に説明する。測定に際しては、事前に第一の距離センサ15a、第二の距離センサ15b、第三の距離センサ15cによる測定の初期値として定盤固定部10の定盤面17までの距離を測定する。
The X table 11 moves the measurement
A measurement procedure using the apparatus configured as described above will be described below. In the measurement, the distance to the
このため、このマスターワークは定盤面17に対して高低差と傾斜角度のない基準面を切削加工等により作成したものであり、基準面が単一の平面であるものが標準である。しかし、後述するように、マスターワークは基準面を定盤面17に押し当る領域(第1基準面)と、第一の距離センサ15a、第二の距離センサ15b、第三の距離センサ15cに対向する領域(第2基準面)とを異なる平面として有し、双方の領域間に補正値として既知の高低差および傾斜角度を有するものでも良い。この場合には後述する測定値を補正値で補正する。
For this reason, this master work is prepared by cutting a reference surface having no height difference and an inclination angle with respect to the
初期値の測定時には、マスターワークを基準面で定盤面17に押し当てた状態にリフター部16で保持する。この操作により定盤面17とマスターワークの基準面が相互間に高低差および傾斜角度の無い同等の位置関係となる。この状態で、第一の距離センサ15a、第二の距離センサ15b、第三の距離センサ15cに対向するマスターワークの基準面を定盤面と同等であるとして基準面までの距離を第一の距離センサ15a、第二の距離センサ15b、第三の距離センサ15cの出力値として読み取り、これらをそれぞれ第1測定点31、第2測定点32、第3測定点33における初期値M1、M2、M3とする。この初期値の測定は毎回の測定時に行う必要はなく、適宜の時期に行えばよい。
At the time of measuring the initial value, the master work is held by the
次に、測定物対象物体1を上記と同様にして比較基準面6で定盤面17に当接させて位置決めする。この操作で、定盤面17と比較基準面6が相互間に高低差および傾斜角度の無い同等の位置関係となる。このため、測定対象物体1の比較基準面6と測定面7との高低差および傾斜角度の測定に際して、測定対象物体1の比較基準面6を測定する必要がなくなり、定盤面17に対する測定対象物体1の測定面7の高低差および傾斜角度を測定することで、測定対象物体1の比較基準面6と測定面7との間の高低差および傾斜角度を得ることができる。
Next, the object to be measured 1 is positioned in contact with the
この状態で、第一の距離センサ15a、第二の距離センサ15b、第三の距離センサ15cに対向する測定対象物体1の測定面7までの距離を第一の距離センサ15a、第二の距離センサ15b、第三の距離センサ15cの出力値として読み取り、これらをそれぞれ第1測定点31、第2測定点32、第3測定点33における実測値W1、W2、W3とする。
In this state, the
そして、第1測定点31、第2測定点32、第3測定点33の各測定点において測長した実測値W1、W2、W3と初期値M1、M2、M3との差を各測定点の測定値とし、第1測定点の測定値(M1−W1)と、第2測定点の測定値(M2−W2)と、第3測定点(M3−W3)の測定値を算出する。
Then, the difference between the measured values W1, W2, W3 measured at the respective measurement points, ie, the
この算出した測定値のうち基準点である第2測定点の測定値(M2−W2)を次式において測定対象物体1の比較基準面6と測定面7との高低差(Penetration)とする。
Among the calculated measurement values, the measurement value (M2-W2) at the second measurement point, which is the reference point, is defined as the elevation difference between the comparison reference surface 6 and the
次に、測定対象物体1の比較基準面6に対する測定面7の傾斜角度を算出する。X軸回りの傾斜角度(Pitch)は、既知の所定値である第1測定点31と第2測定点32との距離ylと、基準点である第2測定点32における測定値(M2−W2)と第1測定点31における測定値(M1−W1)の差値との関係から次式の逆三角関数で算出する。
Next, the inclination angle of the
次に、Y軸回りの傾斜角度(Roll)は、既知の所定値である第2測定点32と第3測定点33との距離xlと、基準点である第2測定点32における測定値(M2−W2)と第3測定点33における測定値(M3−W3)の差値との関係から次式の逆三角関数で算出する。
Next, the inclination angle (Roll) about the Y-axis is a distance xl between the
尚、上述した構成では、マスターワークとして基準面が単一の平面で定盤面17に対してPenetration、Pitch、Rollの各値が全て零である物体をもちいたが、マスターワークは基準面を定盤面17に押し当る領域(第1基準面)と、第一の距離センサ15a、第二の距離センサ15b、第三の距離センサ15cに対向する領域(第2基準面)とを異なる平面として有し、双方の領域間の高低差および傾斜角度を既知の補正値として与えられたものを使用することも可能である。この場合に、各補正値がPe、Pi、Roとして与えられたマスターワークとすると、上記(数1)から(数3)は以下のように置き換えることができることは明らかである。
In the above-described configuration, an object having a single reference plane and a Penetration, Pitch, and Roll values all zero with respect to the
以上のように本発明によれば、測定対象物体を比較基準面で定盤手段の定盤面に当接させて位置決めすることで、測定対象物体の比較基準面を測定する必要がなくなり、定盤手段の定盤面に対する測定対象物体の測定面の高低差および傾斜角度を測定することで、測定対象物体の比較基準面と測定面との間の高低差および傾斜角度を得ることができるので、相対的に不動な複数の平面を有する測定対象物体において何れか一つの面を比較基準面として、同基準面に対する測定対象物体の他の任意の平面の高低差と傾斜角度を測定する平面間の高低差と角度の測定装置及び方法に利用できる。 As described above, according to the present invention, it is not necessary to measure the comparison reference plane of the measurement target object by positioning the measurement target object in contact with the surface plate surface of the surface plate means on the comparison reference plane, thereby eliminating the need to measure the comparison reference plane of the measurement target object. By measuring the height difference and inclination angle of the measurement surface of the object to be measured relative to the surface plate surface of the means, the height difference and inclination angle between the comparison reference surface and the measurement surface of the object to be measured can be obtained. Measurement target object having a plurality of stationary planes, and using any one surface as a comparison reference plane, the height difference between any other planes of the measurement target object relative to the reference plane and the inclination angle between the measurement planes It can be used in a difference and angle measuring device and method.
1 測定対象物体
2 ベース
3 Sリール
4 Tリール
5 ガイドポスト
6 比較基準面
7 測定面
8 測定装置
9 基盤部材
10 定盤固定部
11 Xテーブル
12 Yテーブル
13 測定可動部
14 距離センサ
15a 第一の距離センサ
15b 第二の距離センサ
15c 第三の距離センサ
16 リフター部
17 定盤面
18 測定基準面
19 プレート
20 ガイドロッド
21 ロッド保持孔
22 バネ
23 フローティングユニバーサルジョイント
31 第1測定点
32 第2測定点
33 第3測定点
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
検査基準となる定盤面を有する定盤手段と、測定対象物体を比較基準面で定盤手段の定盤面に当接させて保持する測定対象物体保持手段と、定盤手段の定盤面の垂線方向と平行な方向において測定対象物体の測定面までの距離を複数の測定点で測長する測定手段とを有することを特徴とする平面間の高低差と傾斜角度の測定装置。 Measure the height difference and tilt angle of the measurement surface with respect to the comparison reference plane, using any one plane as the comparison reference plane and any other plane as the measurement plane in the measurement target object having a plurality of relatively stationary planes. A device,
A surface plate means having a surface plate as an inspection reference, a measurement object holding means for holding the object to be measured in contact with the surface plate surface of the surface plate means on the comparison reference surface, and a perpendicular direction of the surface plate surface of the surface plate means Measuring device for measuring the difference in height and inclination angle between planes, comprising measuring means for measuring the distance to the measurement surface of the object to be measured at a plurality of measurement points in a direction parallel to the plane.
マスターワークを基準面で定盤手段の定盤面に押し当て、測定手段に対向するマスターワークの基準面上の複数の測定点までの距離を定盤面の垂線方向と平行な方向において測長し、各測定点における実測値をそれぞれ各測定点の初期値とし、各測定点間の距離を既知の所定値と設定し、
測定対象物体を比較基準面で定盤手段の定盤面に押し当て、測定手段に対向する測定対象物体の測定面までの距離を、マスターワークに対する測定点と同じ測定点において測長し、各測定点において測長した実測値と初期値との差を各測定点の測定値とし、
測定点のうちで基準点とする測定点の測定値を測定対象物体の比較基準面と測定面との高低差とし、基準点とする測定点における測定値と任意の測定点における測定値との差値、および既知の所定値である当該測定点と基準点とする測定点間の距離との関係において、比較基準面に対する測定面の傾斜角度を算出することを特徴とする平面間の高低差と傾斜角度の測定方法。 Measure the height difference and tilt angle of the measurement surface with respect to the comparison reference plane, using any one plane as the comparison reference plane and any other plane as the measurement plane in the measurement target object having a plurality of relatively stationary planes. A method,
The master workpiece is pressed against the surface plate surface of the surface plate means with the reference surface, and the distance to a plurality of measurement points on the reference surface of the master workpiece facing the measuring means is measured in a direction parallel to the perpendicular direction of the surface plate surface, The actual measurement value at each measurement point is the initial value of each measurement point, and the distance between each measurement point is set as a known predetermined value.
The object to be measured is pressed against the surface plate of the surface plate means with the comparison reference surface, and the distance to the surface to be measured of the object to be measured facing the measuring means is measured at the same measurement point as the measurement point for the master workpiece. The difference between the measured value measured at the point and the initial value is the measured value at each measuring point,
Among the measurement points, the measurement value at the measurement point used as the reference point is the difference in height between the comparison reference surface and the measurement surface of the object to be measured, and the measurement value at the measurement point used as the reference point and the measurement value at any measurement point Difference in height between planes characterized by calculating the inclination angle of the measurement surface with respect to the comparison reference surface in the relationship between the difference value and the distance between the measurement point that is a known predetermined value and the measurement point as the reference point And measuring method of tilt angle.
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