JP2010521696A - 3D coordinate measuring machine using reference plate - Google Patents
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Abstract
本発明は、被対象物に対する機械的誤差を実時間で補正しながら被対象物の表面座標を精密に測定することができる構造の基準板を用いた3次元座標測定機に関するもので、被対象物の上方に配置されてX軸ステージ軸上に左右に移動自在な状態で設置される測定部と、測定部の上方に配置されて固定される基準板とを備え測定部が、測定部と基準板との間の距離及び測定部と被対象物との間の距離を実時間で測定してX軸ステージの機械的誤差を補正して精密に測定するように設計されているものである。
【選択図】図1
The present invention relates to a three-dimensional coordinate measuring machine using a reference plate having a structure capable of accurately measuring surface coordinates of an object while correcting mechanical errors with respect to the object in real time. A measuring unit disposed above the object and installed on the X-axis stage axis so as to be movable left and right; and a reference plate disposed and fixed above the measuring unit; It is designed to measure the distance between the reference plate and the distance between the measuring unit and the object in real time, correct the mechanical error of the X-axis stage, and measure precisely. .
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、被対象物に対する機械的誤差を実時間で補正しながら、被対象物の表面座標、すなわち、被対象物の表面の起伏を精密に測定することができる構造の基準板を用いた3次元座標測定機に関するもので、より詳細には、測定部が設置されるX軸ステージまたはX/Y軸ステージの長さが長いほど機械の垂れによる誤差が大きくなることから、基準板と測定部との間の距離及び測定部と被対象物との距離を実時間で測定し、機械の垂れによる誤差を比較判断し、座標を補正しながら被対象物の表面座標を精密に測定することができる構造の基準板を用いた3次元座標測定機に関するものである。 The present invention uses a reference plate having a structure capable of accurately measuring the surface coordinates of an object, that is, the undulation of the surface of the object, while correcting a mechanical error with respect to the object in real time. This relates to a three-dimensional coordinate measuring machine. More specifically, the longer the length of the X-axis stage or X / Y-axis stage on which the measurement unit is installed, the greater the error due to machine drooping. Measure the distance between the part and the distance between the measuring part and the object in real time, compare and judge the error caused by dripping of the machine, and accurately measure the surface coordinates of the object while correcting the coordinates. The present invention relates to a three-dimensional coordinate measuring machine using a reference plate having a structure that can be used.
一般的に、不特定の表面対象物を測定するためには、表面座標を獲得できる3次元座標測定機が必須的である。 Generally, in order to measure an unspecified surface object, a three-dimensional coordinate measuring machine capable of acquiring surface coordinates is essential.
このような3次元座標測定機は、数cmから数mに至る表面座標を精密に測定できる代表的な機器である。 Such a three-dimensional coordinate measuring machine is a typical apparatus that can accurately measure surface coordinates ranging from several centimeters to several meters.
3次元座標測定機は、探針棒が被測定対象物の表面を高さ方向(Z軸)形状に沿って接触または非接触方式で通り過ぎながら、形状の高さ情報を順次測定する方法をとる。 The three-dimensional coordinate measuring machine employs a method in which the probe bar sequentially measures the height information of the shape while passing the surface of the object to be measured along the height direction (Z-axis) shape in a contact or non-contact manner. .
結局、3次元座標測定機の性能は、広い領域で高さ方向(Z軸)の座標をどれだけ正確に測定できるかによる。 After all, the performance of the three-dimensional coordinate measuring machine depends on how accurately the coordinate in the height direction (Z axis) can be measured in a wide area.
しかしながら、従来の3次元座標測定機は、被対象物の表面を測定するためにX軸ステージ上で左右に移動したり、またはX/Y軸ステージ上で前後左右に移動しなければならないので、各ステージの長さが長くなるほど各ステージの垂れによる機械的誤差が発生するという問題点があった。 However, since the conventional three-dimensional coordinate measuring machine has to move left and right on the X-axis stage to measure the surface of the object, or to move back and forth and right and left on the X / Y axis stage, There is a problem that a mechanical error due to sagging of each stage occurs as the length of each stage becomes longer.
すなわち、各軸ステージの長さが1mである場合、3〜5um(マイクロメートル)の機械的誤差があると報告されている。 That is, when the length of each axis stage is 1 m, it is reported that there is a mechanical error of 3 to 5 μm (micrometer).
本発明は、前述したような従来の3次元座標測定機の問題点を勘案してなされたもので、本発明の目的は、被対象物に対する機械的誤差を実時間で補正しながら、被対象物の表面座標を精密に測定することができる構造の基準板を用いた3次元座標測定機を提供することである。 The present invention has been made in consideration of the problems of the conventional three-dimensional coordinate measuring machine as described above, and the object of the present invention is to correct the mechanical error with respect to the object in real time while correcting the object. To provide a three-dimensional coordinate measuring machine using a reference plate having a structure capable of accurately measuring the surface coordinates of an object.
前述した課題を解決する本発明の基準板を用いた3次元座標測定機は、被対象物と、被対象物の上方に配置されてX軸ステージ上に左右に移動自在な状態で設置される測定部と、測定部の上方に配置されて固定される基準板とを備え、測定部が、測定部と基準板との間の距離及び測定部と被対象物との間の距離を実時間で測定し、X軸ステージの機械的誤差を補正して精密に測定するように設計されていることを特徴とする。 A three-dimensional coordinate measuring machine using the reference plate of the present invention that solves the above-described problems is installed on the X-axis stage so as to be movable left and right on the X-axis stage. A measurement unit and a reference plate disposed and fixed above the measurement unit, and the measurement unit calculates the distance between the measurement unit and the reference plate and the distance between the measurement unit and the object in real time. It is designed to measure accurately and to correct the mechanical error of the X-axis stage to measure accurately.
本発明に係る基準板を用いた3次元座標測定機は、測定部が設置されるX軸ステージまたはX/Y軸ステージの長さが長くなるほど機械の垂れによる誤差が大きくなることから、基準板と測定部との間の距離及び測定部と被対象物との間の距離を実時間で測定し、機械の垂れによる誤差を比較判断し、座標を補正しながら被対象物の表面座標を精密に測定することができ、信頼性を向上させることができる。 In the three-dimensional coordinate measuring machine using the reference plate according to the present invention, the error due to the machine drooping increases as the length of the X-axis stage or the X / Y-axis stage on which the measurement unit is installed increases. Measure the distance between the measuring unit and the distance between the measuring unit and the object in real time, compare and judge the error caused by the drooping of the machine, and correct the coordinates while correcting the coordinates. Therefore, reliability can be improved.
図1は、本発明の第1実施例に係る基準板を用いた3次元座標測定機を示す構成図で、図2は、図1の測定部を示す概念図である。 FIG. 1 is a configuration diagram showing a three-dimensional coordinate measuring machine using a reference plate according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a conceptual diagram showing a measuring unit of FIG.
まず、図1に示すように、本発明は、被対象物200に対する機械的誤差を実時間で補正しながら、被対象物200の表面座標を精密に測定することができる構造の基準板を用いた3次元座標測定機100に関するものである。
First, as shown in FIG. 1, the present invention uses a reference plate having a structure capable of accurately measuring the surface coordinates of the
このような3次元座標測定機100は、大きく2つの部分、すなわち、被対象物200を測定する測定部20と、測定部20の基準になる基準板10とから構成されている。
Such a three-dimensional
ここで、測定部20は、被対象物200の上方に配置され、左右に移動できるようにX軸ステージ30上に設置されている。
Here, the
そして、X軸ステージ30は、被対象物200の全体に亘って測定部20を左右に移動させるのに充分な長さを有し、ガイドレール及び測定部20が結合された移送スクリューの組み合わせ、または測定部20が搭載されたリニアモーターとして構成されている。
The
さらに、基準板10は、測定部20の上方に離隔して固定され、測定部20が左右に移動しながら感知できるようにX軸ステージ30の長さと同一の長さを有している。
Further, the
ここで、基準板10は、測定部20及びX軸ステージ30とは別途に、独立して固定されている。
Here, the
一方、測定部20は、基準板10との間の距離及び被対象物200との間の距離を実時間で測定し、X軸ステージ30の機械的誤差を補正して精密に測定するように設計されている。
On the other hand, the
このような測定部20は、光を用いて被対象物200の表面座標を測定する非接触式、または、被対象物200の表面を通り過ぎながら表面座標を測定する接触式で設計されている。
Such a
ここで、非接触式測定部20である場合、すなわち、測定部20を非接触式で設計した場合、測定部20は、図2のように、光を照射する光源21と、光源21から照射された光を直進(すなわち、光源21から光を照射する際の直進方向)及び下方に向けて分光させる分光器22と、分光器22を通して下方に向けて分光された光を反射して直進させる(すなわち、光源21から光を照射する際の直進方向に向けて光を進行させる)第1ミラー23と、分光器22及び第1ミラー23から直進する光を上下方向に向けて反射する第2ミラー24と、第2ミラー24により上方に向けて反射された光を受光して基準板10との距離を実時間で測定する第1干渉計25aと、第2ミラー24から下方に向けて反射された光を受光して被対象物200の表面との距離を実時間で測定する第2干渉計25bと、中央処理部28に連結されて第1干渉計25a及び第2干渉計25bの間接信号をそれぞれ受信するレシーバー26とを備えている。
Here, in the case of the non-contact
第1干渉計25aと第2干渉計25bは、一つの光源21から出た光を適切な方法で2つまたはそれ以上に分けて光路差を持たせ、再び波面を重畳するときに生じる干渉を観測する機器である。
すなわち、一つの光源21から出た光を2個に分離し、1個の光は干渉計の内部を通り過ぎるようにし、1個の光は測定対象に照射することで、2個の光路差を用いて観測する機器である。
The
That is, the light emitted from one
図3は、第1実施例に係る基準板を用いた3次元座標測定機の機械的誤差補正を示す作動図である。 FIG. 3 is an operation diagram showing mechanical error correction of the three-dimensional coordinate measuring machine using the reference plate according to the first embodiment.
まず、図2を参照して説明すると、測定部20は、一つの光源21から照射された光を分光器22及び第1ミラー23を通して2個の光に分離して第2ミラー24に向けて照射し、第2ミラー24は、2個の光を第1干渉計25a及び第2干渉計25bに向けて反射して、第1干渉計25a及び第2干渉計25bは、それぞれ基準板10及び被対象物200に向けて光を照射してその距離を観測するように設計されている。
First, with reference to FIG. 2, the
そして、第1干渉計25a及び第2干渉計25bで観測された間接信号は、中央処理部28に連結された各レシーバー26に第2ミラー24を通して送られるように設計されている。
そして、中央処理部28は、X軸ステージ30の機械的誤差を補正し、被対象物200の表面座標を精密に測定するように設計されている。
The indirect signals observed by the
The
さらに、図3に示すように、基準板を用いた3次元座標測定機100の作動を説明すると、まず、X軸ステージ30の垂れ(例えば、撓み)が発生しない1番区間(図3で丸1番で示す区域)では、第1干渉計25aと基準板10との距離D1が測定され、中央処理部28を通してメモリされるように設計されている。
そして、第2干渉計25bと被対象物200の表面座標D2は、レシーバー26及び中央処理部28を通してディスプレイされて実時間で出力されるように設計されている。
Furthermore, as shown in FIG. 3, the operation of the three-dimensional
The
そして、X軸ステージ30の垂れが発生した2番区間(図3で丸2番で示す区域)では、+Δdの変化量が発生するので、第1干渉計25aにより測定される基準板10と測定部20との間の値は、変化量を加えたD1+Δdである。
この値と中央処理部28を通して1番区間(図3で丸1番で示す区域)で測定されたD1値とを比較判断し、+Δdを算出するように設計されている。
In the second section where the drooping of the
This value is designed to compare and determine the D1 value measured in the first section (the area indicated by circle 1 in FIG. 3) through the
これと同時に、第2干渉計25bで測定される被対象物200と測定部20との間の値はD2であるが、変化量も一緒に測定された値になるので、実質的に測定された値としては、D2−Δdが算出されるようになっている。
At the same time, the value between the
したがって、最終的に中央処理部28を通してディスプレイされる測定部20と被対象物200の座標値は、D2−Δd+Δdになり、この値は実時間でディスプレイされて出力されるようになっている。
Therefore, the coordinate value of the
このように、本発明は、機械的誤差であるΔd値を補正して精密に測定することができる。 Thus, according to the present invention, the Δd value, which is a mechanical error, can be corrected and accurately measured.
図4は、図1の測定部の変形例を示した構成図である。 FIG. 4 is a configuration diagram illustrating a modification of the measurement unit in FIG.
図4に示すように、測定部20は、接触式として、光を照射する光源21と、光源21から照射された光を直進及び下方に向けて分光させる分光器22と、分光器22を通して下方に分光された光を反射して直進させる第1ミラー23と、分光器22及び第1ミラー23から直進される光を上下に向けて反射させる第2ミラー24と、第3ミラー27aを上端に有するとともに被対象物200の表面に密着した状態を維持するように被対象物200の表面形状に応じて昇降する探針棒27と、第2ミラー24により上方に向けて反射した光を受光して基準板10との距離を実時間で測定する第1干渉計25aと、第2ミラー24により下方に向けて反射した光を受光して探針棒27の昇降距離を実時間で測定する第2干渉計25bと、第1干渉計25a及び第2干渉計25bの間接信号をそれぞれ受信して比較処理できるように中央処理部28に連結されるレシーバー26とを備えている。
As shown in FIG. 4, the
被対象物200の表面形状によって昇降する探針棒27の昇降変化を感知するために、第3ミラー27aが、探針棒27の上端に装着され、第2干渉計25bが、前述した昇降変化を測定するように設計されている。
A third mirror 27a is attached to the upper end of the probe bar 27 in order to sense the elevation change of the probe bar 27 that moves up and down depending on the surface shape of the
図5は、本発明の第2実施例に係る基準板を用いた3次元座標測定機の構成図である。 FIG. 5 is a configuration diagram of a three-dimensional coordinate measuring machine using a reference plate according to a second embodiment of the present invention.
図5に示すように、第2実施例は、第1実施例とは異なり、測定部20は、前後左右に移動するX軸ステージ30とY軸ステージ40とが交差する軸上に設置されている。
As shown in FIG. 5, the second embodiment is different from the first embodiment in that the measuring
このような3次元座標測定機100は、被対象物200と、被対象物200の上方に配置されて、前後左右に移動できるように交差したX軸ステージ30及びY軸ステージ40の軸上に設置される測定部20と、測定部20の上方に固定される基準板10とを備え、測定部20は、測定部20と基準板10との間の距離及び測定部20と被対象物200との間の距離を実時間で測定し、X軸ステージ30及びY軸ステージ40上の機械的誤差を補正して精密に測定するように設計されている。
Such a three-dimensional coordinate measuring
このような第2実施例の3次元座標測定機100の構成及び作動は、第1実施例を参照して詳細に説明したので、それに対する説明は省略する。
Since the configuration and operation of the three-dimensional coordinate measuring
一方、上述した例は、本発明を説明しようとする例に過ぎない。
したがって、本発明の属する技術分野における当業者が本発明の詳細な説明を参照して部分的に変更して使用したものも本発明の範囲に属することは当然である。
On the other hand, the above-described examples are merely examples for explaining the present invention.
Accordingly, it is natural that those skilled in the art to which the present invention pertains and used are partially modified with reference to the detailed description of the present invention.
100 ・・・ 3次元座標測定機
10 ・・・ 基準板
20 ・・・ 測定部
21 ・・・ 光源
22 ・・・ 分光器
23 ・・・ 第1ミラー
24 ・・・ 第2ミラー
25a ・・・ 第1干渉計
25b ・・・ 第2干渉計
26 ・・・ レシーバー
27a ・・・ 第3ミラー
27 ・・・ 探針棒
28 ・・・ 中央処理部
30 ・・・ X軸ステージ
40 ・・・ Y軸ステージ
200 ・・・ 被対象物
DESCRIPTION OF
Claims (4)
被対象物と、該被対象物の上方に配置されてX軸ステージ上に左右に移動自在な状態で設置される測定部と、該測定部の上方に配置されて固定される基準板とを備え、
前記測定部が、該測定部と基準板との間の距離及び前記測定部と被対象物との間の距離を実時間で測定して前記X軸ステージの機械的誤差を補正して精密に測定するように設計されていることを特徴とする基準板を用いた座標測定機。 In a three-dimensional coordinate measuring machine capable of measuring the surface area of an object,
An object, a measuring unit disposed above the object and installed on the X-axis stage so as to be movable left and right, and a reference plate disposed and fixed above the measuring unit Prepared,
The measurement unit accurately measures the distance between the measurement unit and the reference plate and the distance between the measurement unit and the object in real time to correct the mechanical error of the X-axis stage. A coordinate measuring machine using a reference plate characterized by being designed to measure.
前記被対象物と、前記被対象物の上方に配置されて交差したX軸ステージ及びY軸ステージ上に前後左右に移動自在な状態で設置される測定部と、該測定部の上方に配置されて固定される基準板とを備え、
前記測定部が、該測定部と基準板との間の距離及び前記測定部と被対象物との間の距離を実時間で測定して前記X軸ステージ及びY軸ステージ上の機械的誤差を補正して精密に測定するように設計されていることを特徴とする基準板を用いた3次元座標測定機。 In a three-dimensional coordinate measuring machine capable of measuring the surface area of an object,
The object, a measurement unit that is arranged above the object and intersects with the X-axis stage and the Y-axis stage that are arranged to be movable in the front-rear and left-right directions, and is disposed above the measurement unit. And a reference plate to be fixed
The measurement unit measures the distance between the measurement unit and the reference plate and the distance between the measurement unit and the object in real time, and calculates mechanical errors on the X-axis stage and the Y-axis stage. A three-dimensional coordinate measuring machine using a reference plate, which is designed to be corrected and measured accurately.
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