JP2011214949A - 三次元測定機の校正方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】単一の基準球面1aにプローブ2を倣わせてその軌跡を測定データとして取得し、前記測定データを球状に座標変換する座標変換量とその球の半径を算出し、前記座標変換量から直角度誤差を校正し、前記球の半径から基準球面の半径を差し引くことで、プローブ先端球の半径を校正する。
【選択図】図1B
Description
単一の基準球面の異なる断面を水平方向に倣って前記プローブの軌跡を測定データとして測定データ取得部で取得し、
前記測定データを球の表面に座標変換する直角度誤差とその球の半径とを演算部で算出し、
前記球の半径から前記基準球面の半径を差し引く事により、前記座標変換で使用する座標軸の直角度誤差と前記プローブ先端球の半径とを演算部で校正する事を特徴とする三次元測定機の校正方法を提供する。
前記演算部で、前記スタイラスの傾きに応じた前記プローブ先端球の変位量を算出して補正し、
前記傾き検出部の出力を前記スタイラスの傾きに換算する係数と、前記傾き検出部に含まれる取付角度誤差とを、前記基準球面に倣って測定されて前記測定データ取得部で取得された前記プローブの位置測定データと前記傾き検出部の出力データとから前記演算部で校正する事を特徴とする第1態様に記載の三次元測定機の校正方法を提供する。
本発明の第1実施形態にかかる三次元測定機の校正方法は、図1A〜図2Aに示す構成をした三次元測定機100Gにおいて、形状が既知で真球度の高い基準球面1aを測定する事で、測定座標系の直角度誤差とプローブ先端球21の半径とを校正する。
(数2)
その補正したデータと、プローブ先端球21の中心点21cの軌跡を表面に持ちかつ中心がOs(Xo,Yo,Zo)で半径がRの球とを演算部51で比較する。校正する変数α、β、γ、Rと、それらを求めるために必要となる変数Xo,Yo,Zoとの計7個の変数に誤差が含まれなければ、測定データの直角度誤差を補正したデータと半径Rの球とを演算部51で比較して得られる測定誤差が、最も小さくなる。この測定誤差の傾向は、前記7個の変数ごとに異なるため、測定誤差の傾向から、測定誤差を低減する変数の値を演算部51で求める事が可能である。また、公知の最小二乗法を適用する事で、測定誤差を最小にする前記7個の変数を演算部51で容易に算出する事ができる。
図7A及び図7Bは、それぞれ、基準球面1aを円形の測定経路31b、32bに沿って位置座標測定部50で測定して得られる測定データ(31b、32bの実線で示すデータ)に対して直角度誤差を演算部51で補正したデータを、補正データとして、点線71,73で示したものである。ここで、演算部51において、YZ軸間の直角度誤差αとXY軸間の直角度誤差γとをα=γ=0とし、XZ軸間の直角度誤差βをβ≠0として、その他の変数は全て誤差を持たない真値としている。図7Aは測定経路31bにおけるデータを図示し、図7Bは測定経路32bにおけるデータを図示したものである。このとき、直角度誤差βの特徴を以下にまとめる。
図9A〜図9Dは、プローブ先端球21の半径R2を、真値に微小値ΔR2だけ加えた値に設定し、その他の変数は、全て正しい値としている。前記ΔR2は製造誤差であり、図9Dでは真値R2に製造誤差ΔR2を加えたものが、設計値となることを示している。軌跡を表面に持つ球の半径の影響について、その特徴を以下にまとめる。
図10A及び図10Bは、基準球面1aの原点OsのX座標Xoを、正しい値に微小値ΔXoだけ加えた値に設定し、その他の変数は、全て正しい値としている。図10A及び図10Bの意味は図7A及び図7Bと同様である。その特徴を以下にまとめる。
図12は、本発明の第2実施形態の三次元測定機100Gに用いるプローブ部の斜視図である。このプローブ2を用いた従来技術として、プローブ2の位置の測定に加えて、プローブ2の先端に取り付けられたスタイラス20のX方向、Y方向への傾きθx、θyも測定し、スタイラス20の傾きにより生じるプローブ先端球21の変位量を補正するものがある(特開2006−284410号公報参照)。この従来技術を三次元測定機100Gで使用する場合について、まず、説明する。
前記第1実施形態と同様の内容であるため省略する。
前記第1実施形態と同様の内容であるため省略する。
前記第1実施形態と同様の内容であるため省略する。
図14A及び図14Bは、基準球面1aを測定経路31b、32bに沿って測定して得られるプローブ2の位置測定データと傾き検出部106Gの出力データとを用いて演算部51で求まるプローブ先端球21の中心点のデータ(以下、補正データと呼ぶ)を点線141,143で示したものである。ここで、傾き検出部106Gの出力を傾きθx’に換算する係数Gxを、正しい値に微小値ΔGxだけを加えた値に設定し、その他の変数は、全て正しい値としている。図14Aは測定経路31bにおける補正データを、図14Bは32bにおける補正データを図示したものである。このとき、換算係数Gxの特徴を以下にまとめる。
1a 基準球面
2 3次元形状測定機用プローブ
20 スタイラス
20Gb 測定点(接触点)
21 プローブ先端球
31a 第1断面(水平断面)
31b 第1測定経路
32a 第2断面(水平断面)
32b 第2測定経路
33 プローブ先端球中心の軌跡
50 位置座標測定部
50A 測定データ取得部
51 演算部
52 測定条件設定部
53 校正装置
54 記憶部
55 被測定物
55a 被測定物表面
71,73 測定データに対して直角度誤差を補正したデータ
72,74 補正データ71,73の中心
80G 測定点情報決定部
81,83 水平断面31a、32aでの測定データ
82,84 円形の軌跡31b,32bの中心
91,93 水平断面31a、32aでの補正データ
91G 反射ミラー
92,94 補正データ91,93の中心
100G 3次元形状測定機
101,103 水平断面31a、32aでの補正データ
101G レーザ光源
102,104 補正データ101,103の中心
105G ミラー
106G 傾き検出部(例えばフォトダイオード)
111,113 水平断面31a、32aでの補正データ
111G 制御装置
112,114 補正データ111,113の中心
112c 位置ずれ防止部
112G X軸ステージ
113G Y軸ステージ
114G Z軸ステージ
115G Z軸参照ミラー
116G ミラー
141、143 水平断面31a、32aでの補正データ
142、144 補正データ141、143の中心
300Gb 受光面におけるレーザのスポット
Claims (2)
- 被測定物の表面にプローブのスタイラスの先端の球を倣わせて前記表面の形状を測定する接触式三次元測定機の測定方法において、
単一の基準球面の異なる断面を水平方向に倣って前記プローブの軌跡を測定データとして測定データ取得部で取得し、
前記測定データを球の表面に座標変換する直角度誤差とその球の半径とを演算部で算出し、
前記球の半径から前記基準球面の半径を差し引く事により、前記座標変換で使用する座標軸の直角度誤差と前記プローブ先端球の半径とを演算部で校正する事を特徴とする三次元測定機の校正方法。 - さらに、測定時の前記プローブの前記スタイラスの傾きを傾き検出部で検出し、
前記演算部で、前記スタイラスの傾きに応じた前記プローブ先端球の変位量を算出して補正し、
前記傾き検出部の出力を前記スタイラスの傾きに換算する係数と、前記傾き検出部に含まれる取付角度誤差とを、前記基準球面に倣って測定されて前記測定データ取得部で取得された前記プローブの位置測定データと前記傾き検出部の出力データとから前記演算部で校正する事を特徴とする請求項1に記載の三次元測定機の校正方法。
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2010
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