JP2009133790A - ３次元測定機用寸法標準器 - Google Patents

Abstract

【課題】 ３次元測定機に簡単にセットすることができるとともに、３次元測定機の測定範囲を最も長い対角線長に近い測定長で高精度で測定することが可能な３次元測定機用寸法標準器を提供する。
【解決手段】 石英ガラスまたは単結晶石英によって形成されている細長い丸棒状のロッドの両端部に３次元測定機Ａ１のプローブＡ６先端を接触させる基準測定面を有する不変鋼で形成された一対の基準部材７Ｂが固定されている棒状ゲージ２と、前記棒状ゲージ２を傾斜した上面で支持する支持体３から構成されており、前記支持体３を、３次元測定機Ａ１の測定テーブルＡ２上に置かれたマスタブロックＭの上面に取り付けて３次元測定機Ａ１の指示誤差の測定を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、３次元測定機の検査用マスタに装着して、３次元測定機の指示誤差を簡単に検査するための寸法標準器に関する。

従来、自動車用のエンジンや変速機のケース類のような機械部品類の各部寸法の測定には、測定テーブル（ベッド）上にセッティングした被測定物に対してプローブ（測定子）の先端を接触させて３次元方向の測定を行うことが可能な、３次元測定機（座標測定機）が広く用いられている。

このような３次元測定機の寸法測定における指示誤差は、ステップゲージ等の寸法標準器を用いて、その寸法測定値が最大許容指示誤差内に入っているか否かで評価しており、測定に用いる寸法標準器の最大測定長は、３次元測定機の測定範囲の最も長い対角線長の６６％以上とすることが規定されている（ＪＩＳ７４４０−２）。

ところが、寸法標準器の最大測定長が長くなると、寸法標準器の各部分が周囲の温度の影響で歪み等を生じて寸法標準器の精度が低下する問題が生じる。
そこで、従来では、特許文献１に記載されているボールステップゲージのように、ゲージ枠体をＨ形断面に形成してその断面２次モーメントの中立軸に沿って、３次元測定機のプローブ先端を接触させるための複数個のボールを固定することによって、ボール間の間隔を高精度に保持しようとする提案がなされている。
特開２００１−４３５８号公報

前述した特許文献１に記載されているボールステップゲージにおいては、ゲージ枠体を撓みづらいＨ形断面とし、その断面２次モーメントの中立軸上にボールを配置することにより、ゲージ枠の撓み変形に対して、ボール間の間隔の精度の低下を抑えることはできるものの、ゲージ枠体の長手方向の熱膨張の影響については解消されていなかった。

また、このようなボールステップゲージ等の寸法標準器を３次元測定機の測定テーブル上に水平に置いて測定する場合には、３次元測定機の測定範囲の最も長い対角線長に比較して、寸法標準器の最大測定長が制限されるため、高い測定精度が得られない問題があった。

一方、３次元測定機の測定範囲の最も長い対角線の方向に寸法標準器の長手方向が向くように傾けて寸法標準器を測定テーブル上にセットすれば、最大測定長が長い寸法標準器を利用できると考えられるが、このような姿勢で長尺な寸法標準器を測定テーブル上に簡単且つ確実に保持することのできる取付治具は従来開発されていなかった。

そこで、本発明は、前述したような従来技術における問題を解消することができ、３次元測定機に簡単にセットすることができ、３次元測定機の測定範囲を最も長い対角線長に近い測定長で高精度で測定することが可能な３次元測定機用寸法標準器を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の３次元測定機用寸法標準器は、基準測定面を有する複数の基準ブッシュが筒状のブロック本体の側面と上面に設けられているマスタブロック上に取り付けて、３次元測定機の指示誤差を検査するために用いられる。

前記マスタブロックは、本出願人が既に提案したものであって（特許文献２参照）、３次元測定機の測定精度を維持するために、定期的に精度検査や測定誤差の校正を行うために用いられるものであり、複数の基準測定面に３次元測定機のプローブを接触させて各部の寸法を測定し、実測値とマスタブロックの基準値とを比較することにより、３次元測定機のプローブが移動する各軸の方向の真直度、軸間の直角度、各軸方向の表示誤差等の評価を行うためのものである。
特開平２００１−３１１６１８号公報（特許第３４６２１８０号）

本発明の３次元測定機用寸法標準器は、石英ガラスまたは単結晶石英によって形成されている細長い丸棒状のロッドと、前記ロッドの軸方向に所定の間隔をあけて、ロッド外周面から同じ向きに垂直に突出するように固定された一対の取付軸と、前記ロッドの両端部にそれぞれ固定され、３次元測定機のプローブ先端を接触させる基準測定面を有する、不変鋼で形成された一対の基準部材からなる棒状ゲージと、水平な下面に対して傾斜した上面を有し、前記上面に前記一対の取付軸のそれぞれを着脱自在に嵌合させる一対の取付穴が設けられているとともに、前記下面に、ブロック本体上面に設けられた基準ブッシュの中心孔に嵌合させるための一対の取付軸が突設されている支持体から構成されている。

本発明の３次元測定機用寸法標準器においては、それぞれの基準部材が、基準測定面を有する基準ブッシュと前記基準ブッシュを保持するブッシュ保持体から構成されていることが望ましい。また、棒状ゲージの一対の取付軸は、ロッドの外周面の一部に形成された、前記ロッドの軸方向に平行な平坦面から垂直に突出し、これらの取付軸を支持体の取付穴にそれぞれ嵌合させたときに、前記平坦面が前記支持体上面に当接して保持されるように構成されていることも望ましい。さらに、棒状ゲージと支持体にそれぞれに設けられている一対の取付軸の外部へ突出している部分の外周面は、一方が単純な円柱状に形成され、他方が左右幅より前後幅が狭い異形の柱状に形成されていることも望ましい。

請求項１記載の発明においては、寸法標準器の主要部分である棒状ゲージが、温度変化による長さの変化をほとんど生じない石英ガラスまたは単結晶石英によって形成されている細長い丸棒状のロッドの両端に、不変鋼で形成された一対の基準部材を固定して構成されているため、周囲の温度変化や部分的に生じている温度差によるロッドの長さ変化がほとんど無く、極めて高い精度で３次元測定機の指示誤差のチェックを行うことができる。

また、本発明においては、マスタブロックの上面に支持体を取付け、この支持体の水平な下面に対して傾斜した上面に棒状ゲージを取付けることができるので、３次元測定機の測定テーブル上に置いたマスタブロック上方に、棒状ゲージの長手方向を３次元測定機の測定範囲の最も長い対角線方向に向くようにセットできるため、３次元測定機の測定範囲を最も長い対角線長に近い測定長で高精度で測定することが可能となる。

また、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明の効果に加えてさらに、基準部材を、基準測定面を有する基準ブッシュと、前記基準ブッシュを保持するブッシュ保持体の２つの部品に分けて製作し、高精度の加工が容易な基準ブッシュに基準測定面を形成しているため、基準測定面の仕上げ精度を高めることができる。

また、請求項３記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載の効果に加えてさらに、一対の取付軸を、ロッドの外周面の一部に形成された、前記ロッドの軸方向に平行な平坦面から垂直に突出している構造としているため、前記ロッドを支持体上面に対して、確実且つ安定した状態で保持することができる。

さらに、請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至３記載のそれぞれの発明の効果に加えて、棒状ゲージと支持体にそれぞれに設けられている一対の取付軸の外部へ突出している部分の外周面の一方が単純な円柱状に形成され、他方が左右幅より前後幅が狭い異形の柱状に形成されているため、対になっている取付軸の中心間隔がそれぞれ対応する支持体の取付孔の中心間隔あるいは、マスタブロックのブロック本体上面に設けられた基準ブッシュの中心孔間の中心間隔との間に製作誤差を有していても、これらの取付軸を、支持体の取付孔や基準ブッシュの中心孔にがたつきを生じることなく容易に嵌挿することができる。

図１は、本発明の３次元測定機用寸法標準器（以下、単に寸法標準器という。）を３次元測定機上にセットした状態を示す斜視図であって、同図に示すように、寸法標準器１は、３次元測定機Ａ１の測定テーブルＡ２上にセットされた、マスタブロックＭ上に載せて用いられる。

３次元測定機Ａ１は、被測定物を保持する測定テーブルＡ２に対して、同図のＸ方向に移動可能な門形の可動フレームＡ３と、この可動フレームＡ３上に支持されて、Ｘ方向と直交するＹ方向に移動可能なヘッド部Ａ４と、前記ヘッド部Ａ４に対して、Ｚ方向に昇降移動可能な昇降軸Ａ５とを有しており、この昇降軸Ａ５の下端に保持されているプローブＡ６の先端を、測定テーブルＡ２上方で、３次元方向に移動位置決めできるように構成されている。

マスタブロックＭは、３次元測定機Ａ１の精度検査や校正を行うためのもので、本出願人が提案して特許を取得済みのものである（特許第３４６２１８０号、前述の特許文献２参照）。
図２は、このマスタブロックＭ上に取り付けられる寸法標準器１の構造を示す斜視図であって、寸法標準器１は、棒状ゲージ２と支持体３から構成されており、これらを一体に組み立てて、マスタブロックＭ上に取り付けて使用するようになっている。

マスタブロックＭは、石英ガラスまたは単結晶石英の単一の塊から削り出して製作されたブロック本体Ｖの四方の側面と水平な上面のそれぞれに、同一形状の不変鋼製の基準ブッシュＢが固定されて構成されている。

これらの基準ブッシュＢは不変鋼で製作されていて、ブロック本体Ｖの表面に露出している端面Ｓ１と、中心孔の内周面Ｓ２を、図１に示す３次元測定機Ａ１のプローブＡ６先端を接触させる基準測定面としている。

また、本発明の寸法標準器１の主要部分を構成している棒状ゲージ２は細長い丸棒状のロッド４を有している。ロッド４は、マスタブロックＭのブロック本体Ｖと同様に、環境の温度変化によって寸法の変化がほとんど生じない、石英ガラスまたは単結晶石英の単一の塊から削り出して製作されている。

ロッド４は、検査を行う３次元測定機Ａ１の最大測定長により、種々の長さのもの、例えば、４００ｍｍ、６００ｍｍ、８００ｍｍ、１０００ｍｍが製作される。また、本実施形態においては、ロッド４の外径は６０ｍｍとしている。

図３は、棒状ゲージ２の側面図、図４はその下面図、図５は、図３のＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面を示す横断面図であって、（ａ）は、Ａ−Ａ断面、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ断面をそれぞれ示す。これらの図に示すように、ロッド４の外周面下側の一部には、その軸方向に平行で一様な幅の平坦面４Ａが形成されていて、この平坦面４Ａの中央部分には、ロッド４の軸方向に所定の間隔で、一対の軸穴４Ｂ、４Ｃが形成されている。

これらの軸穴４Ｂ、４Ｃには、それぞれ、取付軸５、６の小径部５Ａ、６Ａが嵌入されて、接着剤で固定されている。また、これらの取付軸５、６の平坦面４Ａから垂直下方に突出している部分は、取付軸５が単純な円柱状に形成されているのに対し、取付軸６は、左右幅よりも前後幅が狭い異形の柱状に形成されている。なお、ここでは、ロッド４の軸方向を前後方向としている。

また、これらの取付軸５、６の素材には、本実施形態のものにおいては、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ２１）を用いているが、形状精度が高く耐摩耗性の大きい工業用プラスチック素材を成形加工したものを用いることも可能である。

ロッド４の両端部には、同一構造の基準部材７がそれぞれ取り付けられている。これらの基準部材７は、図６及び図７に示すように、ブロック状のブッシュ保持体７Ａと、前述したマスタブロックＭに取り付けられている基準ブッシュＢと同形状の基準ブッシュ７Ｂから構成されていて、ブッシュ保持体７Ａの上面と下面間を垂直に貫通するブッシュ取付孔Ｈの上面側に基準ブッシュ７Ｂが嵌挿されて接着固定されている。

ブッシュ保持体７Ａ上面に配置される基準ブッシュ７Ｂの上端面と、その中央部に形成されている中心孔の内周面はそれぞれ、図１に示す３次元測定機Ａ１のプローブＡ４先端を当接させる基準測定面Ｓ１、Ｓ２として用いられる。

また、それぞれの基準部材７は、ロッド４の両端面中央部にそれぞれ形成されている取付穴（図示せず）内に、円筒状の軸部７Ｃを嵌入させて、接着剤で固定されている。

次に、図８は、支持体３の側面図であって、同図及び図２に示すように、支持体３は側面視が先端を切り落とした直角３角形状に形成されていて、その斜辺は底辺に対して３０°の角度をなしている。なお、本実施形態においては、支持体３の底辺の長さは２５０ｍｍ、厚さは５０ｍｍで、その素材には鋼鉄（Ｓ４５Ｃ）が用いられている。

支持体３の平坦に仕上げられた上面３Ａには、前述した棒状ゲージ２に突設されている一対の取付軸５、６にそれぞれ対応する間隔で、一対の差込穴３Ｃ、３Ｄが前記上面３Ａに対して垂直に形成されているとともに、下面３Ｂには、取付軸５と同一形状の取付軸８と、取付軸６と同一形状の取付軸９がそれぞれ垂直に突設されている。

これらの取付軸８、９はそれぞれ、図２に示すマスタブロックＭのブロック本体Ｖ上面に取り付けられている４つの基準ブッシュＢのうち、ブロック本体Ｖの径方向に並んだ２つの基準ブッシュＢの中心間隔と等しい間隔で支持体３の下面３Ｂに配置されている。なお、本実施形態のものにおいては、これらの取付軸８、９の素材には、前述した取付軸５、６と同じものが用いられている。

次に、本発明の寸法標準器１の使用方法について説明する。
図１に示すように、寸法標準器１を支持する土台となるマスタブロックＭを、３次元測定機１の測定テーブルＡ２の中央部に固定したジグパレットＰ上に載せ、図２に示すように、マスタブロックＭのブロック本体Ｖの上面の２つの基準ブッシュＢの中心孔にそれぞれ、支持体３側の２つの取付軸８、９を差し込んで、マスタブロックＭのブロック本体Ｖ上に支持体３を載せる。

この際、本実施形態のものにおいては、取付軸８、９間の中心間隔と、これらに対応する２つの基準ブッシュＢ間の中心間隔との間に誤差が生じていても、取付軸９の前後幅が基準ブッシュＢの中心孔内径より小さいため、前記誤差を吸収して無理なく差し込むことができる。

また、この際、取付軸９の左右幅は、基準ブッシュＢの中心孔内径と適合する寸法となっているため、支持体３の下面３Ｂは、これらの基準ブッシュＢの端面Ｓ１上に無理なく容易に取り付けることができる。

次に、マスタブロックＭ上に保持させた支持体３の上面３Ａに形成されている２つの差込穴３Ｃ、３Ｄに合わせて、棒状ゲージ２に設けられている取付軸５、６を差し込んで、ロッド４の下部の平坦面４Ａを前記上面３Ａに保持させる。

なお、前述した取付軸８、９と同様に、これらの取付軸５、６においても一方の取付軸６の前後幅が差込穴３Ｄの内径より小さく形成されているため、これらの取付軸５、６の中心間距離と、差込穴３Ｃ、３Ｄの中心間距離に誤差を生じていても、無理なく差し込むことができるとともに、平坦面４Ａが支持体３の上面３Ａに当接することによって、棒状ゲージ２は支持体３に対して安定した状態で、無理なく簡単に付けることができる。

このようにして、棒状ゲージ２が図１に示すように、３次元測定機Ａ１の測定テーブルＡ２上にＸ方向とＹ方向の両方に対して斜めになるように設置する。なお、ここで用いる棒状ゲージ２は、両端に設けてある基準ブッシュ７Ｂ間の中心間隔が、３次元測定機Ａ１のプローブＡ６先端が移動可能なＸ、Ｙ、Ｚ方向の最大距離を各辺とした直方体の対角線長の６６％以上となるものを用いる。

３次元測定機Ａ１の指示誤差の評価は、３次元測定機Ａ１のプローブＡ６先端を３次元方向に移動させて、棒状ゲージ２の両端の基準ブッシュ７Ｂのそれぞれの中心間距離を測定し、３次元測定機Ａ１により得られた測定値と、より高精度の測定機で測定して得られている棒状ゲージ２の既定値とを比較して行う。

なお、前述した実施形態においては、棒状ゲージ２のロッド４に平坦面４Ａを形成し、前記平坦面４Ａに取付軸５、６を突設しているが、この平坦面４Ａを形成せずに、ロッド４を完全な丸棒状に形成してもよい。この場合には、支持体３の上面３Ａをロッド４の外周面に適合する横断面円弧状やＶ字状に凹んだ面に形成することによって、支持体３の上面３Ａにロッド４を安定して保持することができる。

また、ロッド４は、重量を増加させずに曲げ強度を高めるために、中空パイプ状に形成してもよい。さらに、実施形態においては、棒状ゲージ２に設けられる基準部材７をブッシュ保持体７Ａと基準ブッシュ７Ｂからなる２つの部品で構成しているが、基準部材７は単一の部品として製作してもよい。

また、前述した実施形態においては、寸法標準器１を取り付けるマスタブロックＭは、ブロック本体Ｖが石英ガラスまたは単結晶石英の単一の塊から削り出して製作されたものを用いているが、これに限定するものではなく、ブロック本体Ｖに、例えば不変鋼のような熱膨張の少ない他の素材で製作したものを用いてもよい。

本発明の３次元測定機用寸法標準器は、測定テーブル上でプローブを３次元方向に移動させて精度検査を行う３次元測定機における指示誤差を検査に利用することができる。

本発明の３次元測定機用寸法標準器を３次元測定機上にセットした状態を示す斜視図である。 本発明の３次元測定機用寸法標準器の構造を示す斜視図である。 本発明の３次元測定機用寸法標準器における棒状ゲージの側面図である。 本発明の３次元測定機用寸法標準器における、棒状ゲージの下面図である。 図３のＡ−Ａ断面及びＢ−Ｂ断面を示す横断面図であって、（ａ）は、Ａ−Ａ断面、（ｂ）は、Ｂ−Ｂ断面をそれぞれ示す。 本発明の３次元測定機用寸法標準器における棒状ゲージに設けられた基準部材の斜視図である。 本発明の３次元測定機用寸法標準器における棒状ゲージに設けられた基準部材の縦断面図である。 本発明の３次元測定機用寸法標準器における支持体の側面図である。

符号の説明

１ 寸法標準器
２ 棒状ゲージ
３ 支持体
３Ａ 上面
３Ｂ 下面
３Ｃ、３Ｄ 差込穴
４ ロッド
４Ａ 平坦面
４Ｂ、４Ｃ 軸穴
５、６、８、９ 取付軸
５Ａ、６Ａ 小径部
７ 基準部材
７Ａ ブッシュ保持体
７Ｂ 基準ブッシュ
７Ｃ 軸部
Ｓ１、Ｓ２ 基準測定面

Claims (4)

1. 基準測定面を有する複数の基準ブッシュが筒状のブロック本体の側面と上面に設けられているマスタブロック上に取り付けて、３次元測定機の指示誤差を検査するための３次元測定機用寸法標準器であって、
   石英ガラスまたは単結晶石英によって形成されている細長い丸棒状のロッドと、前記ロッドの軸方向に所定の間隔をあけて、ロッド外周面から同じ向きに垂直に突出するように固定された一対の取付軸と、前記ロッドの両端部にそれぞれ固定され、３次元測定機のプローブ先端を接触させる基準測定面を有する、不変鋼で形成された一対の基準部材からなる棒状ゲージと、
   水平な下面に対して傾斜した上面を有し、前記上面に前記一対の取付軸のそれぞれを着脱自在に嵌合させる一対の取付穴が設けられているとともに、前記下面に、ブロック本体上面に設けられた基準ブッシュの中心孔に嵌合させるための一対の取付軸が突設されている支持体から構成されていることを特徴とする３次元測定機用寸法標準器。
2. それぞれの基準部材が、基準測定面を有する基準ブッシュと前記基準ブッシュを保持するブッシュ保持体から構成されていることを特徴とする請求項１記載の３次元測定機用寸法標準器。
3. 棒状ゲージの一対の取付軸は、ロッドの外周面の一部に形成された、前記ロッドの軸方向に平行な平坦面から垂直に突出し、これらの取付軸を支持体の取付穴にそれぞれ嵌合させたときに、前記平坦面が前記支持体上面に当接して保持されるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の３次元測定機用寸法標準器。
4. 棒状ゲージと支持体にそれぞれに設けられている一対の取付軸の外部へ突出している部分の外周面は、一方が単純な円柱状に形成され、他方が左右幅より前後幅が狭い異形の柱状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の３次元測定機用寸法標準器。

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