JP2019174169A - Three-dimensional gauge and three-dimensional position error measurement method of machine - Google Patents
Three-dimensional gauge and three-dimensional position error measurement method of machine Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019174169A JP2019174169A JP2018059972A JP2018059972A JP2019174169A JP 2019174169 A JP2019174169 A JP 2019174169A JP 2018059972 A JP2018059972 A JP 2018059972A JP 2018059972 A JP2018059972 A JP 2018059972A JP 2019174169 A JP2019174169 A JP 2019174169A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- measurement
- dimensional
- balls
- ball
- base plate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、工作機械や座標測定機、ロボットなどの機械の三次元空間の位置を測定し校正するための三次元ゲージおよび該三次元ゲージを用いた三次元位置誤差測定方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional gauge for measuring and calibrating a position in a three-dimensional space of a machine such as a machine tool, a coordinate measuring machine, or a robot, and a three-dimensional position error measuring method using the three-dimensional gauge.
三次元位置測定機を校正する方法として、例えばRetter社製ボールプレートのような基準器またはアーティファクトを用いる場合がある。Retter社のボールプレートは平面内に球を正方配列した二次元ゲージである。三次元空間に基準となる球を立体的に正方配列することは、より上方にある球が下方にある球の測定を妨げるためできない。三次元位置測定で用いるためには、ボールプレートをXZ平面およびYZ平面に配置してボールプレートの表裏で測定し、XY平面で低位置、高位置に配置してボールプレートの上面を測定するなどの結果から、全体の誤差を推定する方法がとられることが多い。 As a method of calibrating the three-dimensional position measuring machine, for example, a reference device such as a ball plate manufactured by Retter or an artifact may be used. Retter's ball plate is a two-dimensional gauge with square spheres arranged in a plane. It is impossible to three-dimensionally arrange reference spheres in a three-dimensional space because a sphere located above prevents the measurement of a sphere located below. For use in 3D position measurement, place the ball plate on the XZ plane and the YZ plane and measure it on the front and back of the ball plate, place it on the XY plane at low and high positions, and measure the upper surface of the ball plate, etc. In many cases, a method of estimating the total error is taken from the result of the above.
特許文献1の発明には、アーティファクトを裏面に裏返すことなく精度良く二次元の座標値の校正を行う二次元格子校正装置が記載されている。 The invention of Patent Document 1 describes a two-dimensional lattice calibration apparatus that calibrates two-dimensional coordinate values with high accuracy without turning the artifacts upside down.
然しながら、特許文献1の発明は、二次元の座標値を校正するための校正装置であるので、三次元位置誤差を測定するためには、ボールプレートのようなアーティファクトを校正対象となる測定系による測定結果とは独立して正確に位置決めしなければならない。特に、特許文献1の発明では、ボールプレートの位置を変更したときに、ボールプレートが最初の位置からどこに移動したのか、あるいは、その姿勢がどのように変化したのかを正確に把握できないので、基準となる球を三次元方向に正方配列できない問題がある。 However, since the invention of Patent Document 1 is a calibration device for calibrating two-dimensional coordinate values, in order to measure a three-dimensional position error, an artifact such as a ball plate is measured by a measurement system to be calibrated. It must be accurately positioned independently of the measurement results. In particular, in the invention of Patent Document 1, when the position of the ball plate is changed, it is impossible to accurately grasp where the ball plate has moved from the initial position or how the posture has changed. There is a problem that the spheres that become can not be squarely arranged in the three-dimensional direction.
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、高い再現性を持って設置位置を変更することが可能な、工作機械や座標測定機、ロボット等の機械の三次元位置誤差を測定するための三次元ゲージを提供することを目的としている。本発明は、また、前記三次元ゲージを用いて、作業者の熟練度によらず、繰り返し精度高く機械の三次元位置誤差を測定可能な方法を提供することを目的とする。 The present invention has a technical problem to solve such problems of the prior art, and the three-dimensional position of a machine such as a machine tool, a coordinate measuring machine, or a robot capable of changing the installation position with high reproducibility. The object is to provide a three-dimensional gauge for measuring errors. Another object of the present invention is to provide a method capable of measuring a three-dimensional position error of a machine with high repetitive accuracy regardless of the skill level of an operator using the three-dimensional gauge.
上述の目的を達成するために、本発明によれば、三次元位置測定の基準となる三次元ゲージにおいて、基台となるベースプレートと、前記ベースプレートに載置され、測定されるべき複数の測定球を上面に取り付けたボールプレートと、前記ベースプレートに載置された前記ボールプレートの複数の測定球の高さを少なくとも2種類の高さに再現性を確保して設定させる位置決め構造とを具備する三次元ゲージが提供される。 In order to achieve the above-described object, according to the present invention, in a three-dimensional gauge serving as a reference for three-dimensional position measurement, a base plate serving as a base, and a plurality of measurement balls placed on the base plate and to be measured And a positioning structure for setting the height of a plurality of measurement balls of the ball plate mounted on the base plate to at least two kinds of heights while ensuring reproducibility. Former gauge is provided.
更に本発明によれば、前記三次元ゲージを取り付ける第一要素部材と、前記第一要素部材に対して三次元方向に相対移動し測定プローブを取り付ける第二要素部材との間の三次元位置誤差を測定する測定機能を備えた機械の三次元位置誤差測定方法において、予め測定機を用い、前記ベースプレートに載置された前記ボールプレートの測定球の高さを少なくとも2種類の高さに設定して、前記三次元ゲージの複数の測定球の位置をそれぞれ測定し、マスター位置とする第1のステップと、前記機械の第一要素部材に取り付けられた前記三次元ゲージの前記測定球の高さが第1の高さに設定されるように、前記位置決め構造を第1の位置に設定させる第2のステップと、前記第2のステップにおける前記三次元ゲージの複数の測定球の位置を前記測定プローブで測定する第3のステップと、測定球の高さが第2の高さに設定されるように、前記位置決め構造を第2の位置に設定させる第4のステップと、前記第4のステップにおける前記三次元ゲージの複数の測定球の位置を前記測定プローブで測定する第5のステップと、前記第1、第3および第5のステップの測定結果に基づいて、前記マスター位置に対する当該機械の三次元位置誤差を求める第6のステップとを具備する機械の三次元位置誤差測定方法が提供される。 Further, according to the present invention, a three-dimensional position error between the first element member to which the three-dimensional gauge is attached and the second element member to which the measurement probe is attached relative to the first element member in a three-dimensional direction. In the three-dimensional position error measurement method for a machine having a measurement function for measuring the height of the ball, the measurement sphere of the ball plate placed on the base plate is set to at least two types of height using a measuring machine in advance. And measuring the positions of a plurality of measurement balls of the three-dimensional gauge, respectively, as master positions, and the height of the measurement balls of the three-dimensional gauge attached to the first element member of the machine Is set to the first height, and the positioning structure is set to the first position, and the positions of the plurality of measurement balls of the three-dimensional gauge in the second step are set in front. A third step of measuring with the measurement probe, a fourth step of setting the positioning structure to the second position so that the height of the measurement sphere is set to the second height, and the fourth step A fifth step of measuring the positions of a plurality of measurement balls of the three-dimensional gauge in the step with the measurement probe, and the machine relative to the master position based on the measurement results of the first, third and fifth steps. And a sixth step of determining a three-dimensional position error of the machine.
本発明の三次元ゲージは、位置決め構造によって、ベースプレートに対する測定球の高さを少なくとも2種類の高さに再現性を確保して設定することができるので、高い再現性を持って測定球の設置位置を変更することが可能である。従って、該三次元ゲージを用いて工作機械や座標測定機、ロボット等の機械の三次元位置誤差を測定すれば、作業者の熟練度によらず、繰り返し精度高く機械の三次元位置誤差を測定可能となる。 The three-dimensional gauge according to the present invention can set the height of the measurement sphere with respect to the base plate to at least two kinds of heights with a reproducibility by the positioning structure, so that the measurement sphere can be installed with high reproducibility. It is possible to change the position. Therefore, if the 3D position error of a machine tool, coordinate measuring machine, robot, etc. is measured using the 3D gauge, the 3D position error of the machine can be measured repeatedly with high accuracy regardless of the skill level of the operator. It becomes possible.
以下、図1〜図7を参照して、まず、本発明の第1の実施形態を説明する。
本発明の機械の三次元位置誤差測定方法で使用する基準器またはアーティファクトとしての三次元ゲージ10は、測定球14を取り付けたボールプレート12と、座標測定機(図示せず)や工作機械(図示せず)のテーブル(第一要素部材)に載置、固定される基台としてのベースプレート22と、両者間に配置される第1の嵩上げ部材または高位置嵩上げ部材としての嵩上げ球28−1〜28−3を具備している。ボールプレート12は、長期にわたり安定し、高い剛性を持つ例えば金属やセラミックスなどの材料から成る板状の、本実施形態では正方形の鋼部材であり、その一側面である上面12aには複数の、本実施形態では25個の測定球14が5行5列のアレー状または行列状に配置、固定されている。測定球14および嵩上げ球28−1〜28−3は、長期にわたり安定し高い剛性を持つ例えば金属やセラミックスなどの材料が適し、本実施形態ではセラミックス材料から形成することができる。上面12aの測定球14を固定する位置に、測定球14より小さな直径のドリル穴を予めあけ、測定球14のすわりを作り、接着剤を用いてボールプレート12に接着することができる。第一要素部材は、ロボットが作業を行うために、ワークを載置、固定する作業台やテーブル(図示せず)であってもよい。
The first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
The three-
ベースプレート22に対面するボールプレート12の背面または下面12bには、位置決め構造が設けられている。該位置決め構造は、3つの位置決め球16から成る基準位置決め構造と、一対の円筒部材18から成る方位決め構造と、平面20aから成る高さ決め構造を具備する。位置決め球16は正三角形の頂点に配置されてもよい。好ましくは、3個の位置決め球16の中心を通る円の中心をボールプレート12の下面12bに投影した点を中心に凹所17を形成するようにできる。凹所17は球面の一部から形成することができる。位置決め球16は、セラミックス材料から形成することができ、測定球14と同様に予めすわり用のドリル穴をあけ、接着剤を用いてボールプレート12に接着することができる。位置決め球16は、完全な球体には限定されず、後述するように、嵩上げ部材28−1を三点支持可能な球面を有した部材であればよい。
A positioning structure is provided on the back surface or the
円筒部材18は、3つの位置決め球16の各中心を通る円の中心を通過する直線に対して対称に配置され、かつ平行に延設されている。円筒部材18はセラミックス材料から形成することができ、予めエンドミルで形成した2本の溝をすわりにし、接着剤を用いてボールプレート12に接着することができる。また、方位決め構造の円筒部材18は、完全な円筒形状の部材に限定されず、後述するように、嵩上げ部材28−2と係合する円筒面を有した棒状部材であればよい。
The
高さ決め構造は、ボールプレート12の下面12bに矩形の凹所20を形成し、該凹所20内に平面20aを有した例えばブロッグゲージを嵌合することによって形成することができる。該ブロッグゲージは接着剤を用いてボールプレート12に接着することができる。
The height determining structure can be formed by forming a
ベースプレート22は、ボールプレート12と同様に長期にわたり安定し、高い剛性を持つ例えば金属やセラミックスなどの材料から成る板状の、本実施形態では正方形の鋼部材であり、その上面22aには、3個の球体が1組になった3組の保持球24−1〜24−3が固定されている。各組において、3個の球体が正三角形の頂点に配置されている。好ましくは、3個の球体の各中心を通る円の中心をベースプレート22の上面22aに投影した点を中心に凹所26−1〜26−3を形成するようにできる。凹所26−1〜26−3は球面の一部から形成することができる。保持球24−1〜24−3は、ボールプレート12の位置決め球16と同様にセラミックス材料から形成することができ、予めすわりのドリル穴を形成して、接着剤を用いてベースプレート22に接着することができる。保持球24−1〜24−3は完全な球体には限定されず、嵩上げ部材28−1〜28−3と係合して三点支持可能な球面を有した部材であればよい。
Like the
図示する実施形態では、嵩上げ球28−1〜28−3は、ベースプレート22の保持球24−1〜24−3上にそれぞれ載置される。これによって、嵩上げ球28−1〜28−3の各々は、各組の保持球24−1〜24−3によって三点支持され、その中心が、各組の3つの保持球24−1〜24−3の各中心を通る円の中心から上方に延伸したそれぞれの直線上に配置されるように、各組の3つの保持球24−1〜24−3によってベースプレート22に対して位置決めされる。なお、凹所26−1〜26−3は、載置された嵩上げ球28−1〜28−3とベースプレート22の上面22aとの接触を防止する空間として作用する。
In the illustrated embodiment, the raising balls 28-1 to 28-3 are placed on the holding balls 24-1 to 24-3 of the
測定に際して、ベースプレート22は、例えば工作機械のテーブル(図示せず)上に載置、固定される。好ましくは、ベースプレート22は基準となる測定値を与える測定機上での固定方法と同じ固定方法によって、ベースプレート22がテーブルに対して移動しないように固定される。
At the time of measurement, the
ベースプレート22の保持球24−1〜24−3上に嵩上げ球28−1〜28−3をそれぞれ載置した後、ボールプレート12が、下面12bをベースプレート22の上面22aに対面させて、保持球24−1〜24−3の上に載置される。その際、嵩上げ球28−1がボールプレート12の3つの位置決め球16に係合し、嵩上げ球28−2がボールプレート12の一対の円筒部材18の双方に係合し、嵩上げ球28−3が平面20aに当接するように、ボールプレート12がベースプレート22に対して位置決めされる。なお、凹所17は、ボールプレート12を載置したときに、嵩上げ球28−1とボールプレート12の下面12bとの接触を防止する空間として作用する。
After placing the raised balls 28-1 to 28-3 on the holding balls 24-1 to 24-3 of the
このようにボールプレート12をベースプレート22に位置決めできるようにするために、上述した円筒部材18に平行に延び、かつ位置決め球16の各中心を通る円の中心を通過する直線が、3つの保持球24−1と、3つの保持球24−2の各々の組の位置決め球の中心を通る円の各中心を結ぶ直線をボールプレート12の下面12bに投影した直線に一致するように、位置決め球16および円筒部材18がボールプレート12の下面12bに位置決めされている。更に、高さ決め構造の平面20aは、ボールプレート12をベースプレート22上の嵩上げ球28−1〜28−3の上に載置したときに、ベースプレート22の保持球24−3の上に載置された嵩上げ球28−3に当接するようにボールプレート12の下面12bに配置されている。
In order to enable the
ボールプレート12を図1に示すようにベースプレート22に載置したとき、ボールプレート12の位置決め球16の各中心を通る円の中心と、ベースプレート22の保持球24−1の各中心を通る円の中心は、嵩上げ球28−1の中心に対して一定の距離を保つように拘束される。このため、ベースプレート22に対してボールプレート12は回転運動のみ可能な状態となり、並進運動はできなくなる。
When the
ボールプレート12の位置決め球16が嵩上げ球28−1と係合し、一対の円筒部材18が嵩上げ球28−2と係合することによって、ベースプレート22に対するボールプレート12の運動可能な回転方向が1方向に決定される。これにより、ボールプレート12はベースプレート22に対して、嵩上げ球28−1と28−2の中心を結んだ線を軸とした回転運動のみが可能となる。平面20aが嵩上げ球28−3に当接することによって、ボールプレート12はベースプレート22に対して相対運動できなくなり、拘束される。
When the
こうして、三次元ゲージ10は、図1に示すように、ボールプレート12の測定球14が三次元ゲージ10の最上段に配置され、外部からスタイラスのような測定プローブ(図示せず)によって接近できるように、工作機械のテーブル上で組み立てられ、該テーブルに固定される。このとき、本実施形態では、ボールプレート12はベースプレート22に対して高位置にあり、両者間には間隙H1が形成される。
In this way, as shown in FIG. 1, the three-
次いで、工作機械の工具交換装置(図示せず)を用いて、第一要素部材に対して三次元方向に相対移動し測定プローブを取り付ける第二要素部材である、工作機械の主軸(図示せず)の先端に測定プローブが装着される。測定プローブは工作機械のオペレータが工作機械の主軸に装着してもよい。あるいは、第二要素部材は、座標測定機の主軸やロボットのハンドであってもよい。次いで、工作機械のX軸、Y軸、Z軸の各送り軸を用いて、測定プローブを三次元ゲージ10に対して相対移動させ、測定プローブの測定端を各測定球14の表面、例えば、各測定球14の極(最上点)付近の一点と、赤道付近に沿った約180°毎の少なくとも計3点に接触させて各測定球14の中心座標を求める。全ての測定球14の中心座標を求めると、測定球14間の相対的な位置が求められる。
Next, a main spindle of a machine tool (not shown), which is a second element member that moves relative to the first element member in a three-dimensional direction and attaches a measurement probe using a tool changer (not shown) of the machine tool. ) Is attached to the tip. The measurement probe may be mounted on the spindle of the machine tool by the machine tool operator. Alternatively, the second element member may be a spindle of a coordinate measuring machine or a robot hand. Next, using the X-axis, Y-axis, and Z-axis feed axes of the machine tool, the measurement probe is moved relative to the three-
次いで、ベースプレート22をテーブルに固定した状態で、ボールプレート12を取り外し、嵩上げ球28−1〜28−3をサイズ(直径)の異なる第2の嵩上げ部材または低位置嵩上げ部材としての嵩上げ球30−1〜30−3(図5)と交換する。嵩上げ球28−1〜28−3および嵩上げ球30−1〜30−3は、それぞれ3つの保持球24−1〜24−3によって保持されるので、嵩上げ球のサイズ(直径)を変更しても、嵩上げ球の中心位置は、3つの保持球の中心が形成する平面に垂直で、かつ3つの保持球の各中心を通る円の中心を通過する直線上に配置される。
Next, with the
嵩上げ球の交換後、既述したように、ボールプレート12を再び嵩上げ球30−1〜30−3の上に載置する。本例では、交換後の嵩上げ球30−1〜30−3は、交換前の嵩上げ球28−1〜28−3の直径よりも小さい直径を有している。従って、ボールプレート12を嵩上げ球30−1〜30−3の上に載置したとき、ボールプレート12は低位置に配置され、ボールプレート12とベースプレート22との間の間隙はH2<H1となる。
After the replacement of the raised balls, the
ボールプレート12を嵩上げ球30−1〜30−3の上に載置した後、各測定球14の中心座標を再び測定し、各測定球14間の相対位置を測定する。こうして得られた高位置と低位置における全ての測定球14の中心座標の相対位置を予め座標測定機(図示せず)で測定、値付けしておき、工作機械のテーブル上での測定結果と比較することによって、工作機械の送り装置の校正を行うことができる。三次元ゲージ10の測定球14の中心座標の値付けは、校正すべき工作機械やロボットのユーザが自前で所有している座標測定機を用いたり、或いは、外部の校正事業者の校正サービスを利用して行うことができる。座標測定機は、その校正に用いた機器の校正経路が明らかなトレーサビリティのある標準器で校正された機械であることが望ましい。また、校正事業者は、JCSSのような審査機関の審査を受け、国際標準化機構および国際電気標準会議が定めた校正機関に関する基準(ISO/IEC 17025)の要求事項に適合していることが確認された校正事業者であることが望ましい。
After the
既述した三次元ゲージ10では、嵩上げ球28−1〜28−3および30−1〜30−3の各々は、3つの保持球24−1〜24−3によってベースプレート22の上面22aに位置決めされる。従って、嵩上げ球はサイズ(直径)が異なっていても、3つの保持球24−1〜24−3上に載置された嵩上げ球は、その中心が、3つの保持球24−1〜24−3の中心が形成する平面に垂直、かつ、同中心を通る円の中心を通過する直線上に配置される。従って、嵩上げ球の最上点である極点の位置は、嵩上げ球のサイズ(直径)の変化に伴い高さ方向には変化しても、ベースプレート22の上面に平行な平面内では変化しない。一方、ボールプレート12は、ボールプレート12の3つの位置決め球16の中心が形成する平面に垂直、かつ、同中心を通る円の中心を通過する直線が、位置決め球16と係合する嵩上げ球28−1または30−1の中心を通るように、ベースプレート22に対して位置決めされ、これを基準位置とする。
In the three-
ボールプレート12の下面に設けられている位置決め構造は、ベースプレート22に対するボールプレート12の位置を決定する基準位置決め構造(3つの位置決め球16)と、ベースプレート22に対するボールプレート12の方位を決定する方位決め構造(2つの円筒部材18)と、ベースプレート22に対するボールプレート12の高さを決定する高さ決め構造(平面20a)の3つの位置決め構造から成る。つまり、(1)3つの位置決め球16を保持球24−1〜24−3に載置された嵩上げ球28−1〜28−3または30−1〜30−3の1つ(既述の実施形態では嵩上げ球28−1または30−1)と係合させることによって、ベースプレート22に対するボールプレート12の基準位置が決定され、(2)残りの2つの嵩上げ球28−2、28−3または30−2、30−3(既述の実施形態では嵩上げ球28−2または30−2)の一方を一対の円筒部材18の双方に係合させることによって、ベースプレート22に対するボールプレート12の方位(ボールプレート12に平行な平面内でのボールプレート12の回転位置)が決定され、(3)残りの嵩上げ球28−3または30−3がボールプレート12の平面20aに当接することによって、ベースプレート22に対するボールプレート12の傾斜が決定されるようになっている。
The positioning structure provided on the lower surface of the
本実施形態では、位置決め球16は、嵩上げ球28−1または30−1に対してのみ位置決めされ、一対の円筒部材18は、嵩上げ球28−2または30−2に対してのみ位置決めされ、平面20aは嵩上げ球28−3または30−3に対してのみ位置決めされ、嵩上げ球相互間では位置決めに対する関連性が無くなる或いは殆ど無くなる。このように、ボールプレート12の下面12bに設けた位置決め構造の機能を分けることによって、位置決め構造間に製作誤差が生じたとしても、高い再現性を以て、ボールプレート12をベースプレート22に対して位置決めすることが可能となる。
In the present embodiment, the
なお、平面20aが嵩上げ球28−3または30−3に当接することによって、ベースプレート22に対するボールプレート12の高さ位置が決定される旨説明したが、厳密には、平面20aが嵩上げ球28−3または30−3に当接することによって、ベースプレート22に対するボールプレート12の傾斜、つまり嵩上げ球28−1、28−2または30−1、30−2の中心を通過する直線を中心としたボールプレート12の回転位置が決定される。上述のように、本発明によれば、ボールプレート12がベースプレート22に対して非常に高い再現性を以て位置決めされる基準器としてのボールプレートに求められる機能は、値付けを行った際の状態と校正対象の機械に設置された状態との間に、差異がないことである。そのため、ボールプレート12はベースプレート22に対して平行に配置されることは望ましいが、必ずしも両者は平行に配置されなくてもよい。
It has been described that the height position of the
既述の実施形態では、嵩上げ部材は嵩上げ球28−1〜28−3または30−1〜30−3から形成されているが、本発明はこれに限定されず、例えば図7に示すような嵩上げ部材32とすることができる。要は、嵩上げ部材は、ベースプレート22の保持球24−1〜24−3およびボールプレート12の位置決め球16、一対の円筒部材18および平面20aに係合可能な球面を有した部材であればよい。図7の嵩上げ部材32は、球体の上下端部を平行な平面で切断した形状の本体部34と、該本体部34の前記切断した部分に結合された上下円筒部36aとを有し、上下円筒部36aの端部に球面36bが形成されている。上下の球面36bが1つの球面であれば、嵩上げ部材32は球体とみなせ、上下逆に使用してもよい。
In the above-described embodiment, the raising member is formed from the raising balls 28-1 to 28-3 or 30-1 to 30-3. However, the present invention is not limited to this, for example, as shown in FIG. The raised
また、既述の実施形態では嵩上げ部材は、第1の嵩上げ部材または高位置嵩上げ部材としての嵩上げ球28−1〜28−3と、第2の嵩上げ部材または低位置嵩上げ部材としての嵩上げ球30−1〜30−3とを具備していたが、本発明はこれに限定されず、嵩上げ部材は、第3の嵩上げ部材や第4の嵩上げ部材を具備していてもよい。 In the above-described embodiment, the raising members include the raising balls 28-1 to 28-3 as the first raising member or the high position raising member, and the raising ball 30 as the second raising member or the low position raising member. However, the present invention is not limited to this, and the raising member may include a third raising member or a fourth raising member.
また、既述の実施形態では、25個の測定球14が5行5列のアレー状または行列状に配置、固定されていると説明したが、測定球14は25個に限定されず、これ以上または以下の数の測定球をボールプレート12に取り付けることができる。また、測定球14は、行列状以外に、例えば、同心円状に配置することができる。更には、各測定球を他の測定球と識別できる限り、測定球14をボールプレート12の上面12aにランダムに配置してもよい。また、測定球ではなく、精密に加工された穴や矩形形状などの基準となり得る形状を配置してもよい。
In the above-described embodiment, it has been described that 25
次に、図8〜図11を参照して、本発明の第2の実施形態を説明する。第1の実施形態と同一機能の部材には、同一の符号を付している。ベースプレート22の上面22aには、3つの位置決め球16から成る基準位置決め構造と、一対の円筒部材18から成る方位決め構造と、平面20aから成る高さ決め構造とが配設されている。第1の実施形態と異なるのは、後述の長い嵩上げ柱44−1〜44−3が入り込む逃げ穴40−1〜40−3が形成されている点である。ボールプレート12の下面12bには、ベースプレート22の位置決め球16、円筒部材18、平面20aと当接する短い嵩上げ柱42−1〜42−3及び長い嵩上げ柱44−1〜44−3が180度の位相差をもって配設されている。各嵩上げ柱の先端は、半球面に形成されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. Members having the same functions as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. On the
図10は、短い嵩上げ柱42−1〜42−3がそれぞれ位置決め球16、円筒部材18、平面20aに当接し、ボールプレート12の上面12aに配設された測定球14が低位置に位置決めされた状態を示している。このとき、長い嵩上げ柱44−1〜44−3は、それぞれベースプレート22に形成された逃げ穴40−1〜40−3に入り込んでいる。図11は、図10と180度異なる方向から見た斜視図であり、しかもボールプレート12を180度の位相差をもってベースプレート22上に載置した状態を示している。このとき、長い嵩上げ柱44−1〜44−3がそれぞれ位置決め球16、円筒部材18、平面20aに当接し、測定球14が高位置に位置決めされている。第1の実施形態の三次元ゲージと比較して、容易に測定球14を高低2位置に位置決めすることができる。
In FIG. 10, the short raising columns 42-1 to 42-3 are in contact with the
第2の実施形態では、ベースプレート22の上面22aに位置決め球16、円筒部材18、平面20aを配設し、ボールプレート12の下面12bに嵩上げ柱42−1〜42−3及び44−1〜44−3を配設したが、ボールプレート12の下面12bに位置決め球16、円筒部材18、平面20aを配設し、ベースプレート22の上面22aに嵩上げ柱42−1〜42−3及び44−1〜44−3を配設してもよい。また、長短2種類の嵩上げ柱に代え、例えば共に短い嵩上げ柱を有した厚さの異なる2つのボールプレートを用意して、測定球14を高低2つの高さ位置に再現性良く位置決めする形態でもよい。請求項に記載の嵩上げ要素とは、第1の実施形態の嵩上げ球28−1〜28−3、30−1〜30−3、及び嵩上げ部材32、第2の実施形態の嵩上げ柱42−1〜42−3及び44−1〜44−3、並びに厚薄のベースプレート又はボールプレートを含んでいる。そして、請求項に記載の位置決め構造は、これらの嵩上げ要素や保持球24−1〜24−3と基準位置決め構造、方位決め構造、及び高さ決め構造とを組み合わせた構造をいう。なお、第2の実施形態の三次元ゲージを用いて機械の三次元位置誤差を測定する方法は、第1の実施形態で記載した方法と同じなので説明は省略する。
In the second embodiment, the
10 三次元ゲージ
12 ボールプレート
14 測定球
16 位置決め球
18 円筒部材
20a 平面
22 ベースプレート
24−1〜24−3 保持球
28−1〜28−3 嵩上げ球
30−1〜30−3 嵩上げ球
10 Three-
上述の目的を達成するために、本発明によれば、三次元位置測定の基準となる三次元ゲージにおいて、基台となるベースプレートと、前記ベースプレートに載置され、測定されるべき複数の測定球を上面に取り付けたボールプレートと、前記ベースプレートに載置された前記ボールプレートの複数の測定球の高さを少なくとも2種類の高さに再現性を確保して設定させる位置決め構造であって、前記ベースプレートの上面および前記ボールプレートの下面のいずれか一方の面に、3つの球面でなる基準位置決め構造と、2本1組の平行な円筒面でなる方位決め構造と、平面でなる高さ決め構造とをそれぞれ配設し、他方の面との間に前記基準位置決め構造、前記方位決め構造および前記高さ決め構造とそれぞれ係合、当接する球面を有した2種類の高さの嵩上げ要素を配設した位置決め構造とを具備する三次元ゲージが提供される。 In order to achieve the above-described object, according to the present invention, in a three-dimensional gauge serving as a reference for three-dimensional position measurement, a base plate serving as a base, and a plurality of measurement balls placed on the base plate and to be measured And a positioning structure for setting the height of a plurality of measurement balls of the ball plate placed on the base plate to at least two kinds of heights while ensuring reproducibility , On either one of the upper surface of the base plate and the lower surface of the ball plate, a reference positioning structure composed of three spherical surfaces, an orientation determining structure composed of two sets of parallel cylindrical surfaces, and a height determining structure composed of a plane 2 having a spherical surface that engages and abuts with the reference positioning structure, the orientation determining structure, and the height determining structure, respectively, between and the other surface. Dimensional gauge and a positioning structure which is disposed a raised element of the height of the class are provided.
Claims (6)
基台となるベースプレートと、
前記ベースプレートに載置され、測定されるべき複数の測定球を上面に取り付けたボールプレートと、
前記ベースプレートに載置された前記ボールプレートの複数の測定球の高さを少なくとも2種類の高さに再現性を確保して設定させる位置決め構造と、
を具備することを特徴とした三次元ゲージ。 In the 3D gauge that is the standard for 3D position measurement,
A base plate as a base,
A ball plate mounted on the top surface and mounted with a plurality of measurement balls to be measured on the base plate;
A positioning structure for setting the height of the plurality of measurement balls of the ball plate placed on the base plate to at least two kinds of heights while ensuring reproducibility;
A three-dimensional gauge characterized by comprising:
予め測定機を用い、前記ベースプレートに載置された前記ボールプレートの測定球の高さを少なくとも2種類の高さに設定して、前記三次元ゲージの複数の測定球の位置をそれぞれ測定し、マスター位置とする第1のステップと、
前記機械の第一要素部材に取り付けられた前記三次元ゲージの前記測定球の高さが第1の高さに設定されるように、前記位置決め構造を第1の位置に設定させる第2のステップと、
前記第2のステップにおける前記三次元ゲージの複数の測定球の位置を前記測定プローブで測定する第3のステップと、
測定球の高さが第2の高さに設定されるように、前記位置決め構造を第2の位置に設定させる第4のステップと、
前記第4のステップにおける前記三次元ゲージの複数の測定球の位置を前記測定プローブで測定する第5のステップと、
前記第1、第3および第5のステップの測定結果に基づいて、前記マスター位置に対する当該機械の三次元位置誤差を求める第6のステップと、
を具備することを特徴とした機械の三次元位置誤差測定方法。 Between the 1st element member which attaches the three-dimensional gauge of any one of Claims 1-4, and the 2nd element member which moves relatively in a three-dimensional direction with respect to the said 1st element member, and attaches a measurement probe In the three-dimensional position error measurement method of a machine having a measurement function for measuring the three-dimensional position error of
Using a measuring machine in advance, set the height of the measurement sphere of the ball plate placed on the base plate to at least two kinds of heights, respectively measure the position of the plurality of measurement spheres of the three-dimensional gauge, A first step as a master position;
A second step of setting the positioning structure to a first position such that the height of the measuring sphere of the three-dimensional gauge attached to the first element member of the machine is set to a first height; When,
A third step of measuring positions of a plurality of measurement balls of the three-dimensional gauge in the second step with the measurement probe;
A fourth step of setting the positioning structure to the second position such that the height of the measurement sphere is set to the second height;
A fifth step of measuring positions of a plurality of measurement balls of the three-dimensional gauge in the fourth step with the measurement probe;
A sixth step of determining a three-dimensional position error of the machine with respect to the master position based on the measurement results of the first, third and fifth steps;
A method for measuring a three-dimensional position error of a machine.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018059972A JP6598913B2 (en) | 2018-03-27 | 2018-03-27 | Three-dimensional gauge and measuring method of three-dimensional position error of machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2018059972A JP6598913B2 (en) | 2018-03-27 | 2018-03-27 | Three-dimensional gauge and measuring method of three-dimensional position error of machine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019174169A true JP2019174169A (en) | 2019-10-10 |
JP6598913B2 JP6598913B2 (en) | 2019-10-30 |
Family
ID=68168543
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018059972A Active JP6598913B2 (en) | 2018-03-27 | 2018-03-27 | Three-dimensional gauge and measuring method of three-dimensional position error of machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6598913B2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110553614A (en) * | 2019-10-16 | 2019-12-10 | 杭叉集团股份有限公司 | Three-coordinate measuring machine is with examining utensil |
CN111693011A (en) * | 2020-06-02 | 2020-09-22 | 上海交通大学 | Three-dimensional self-calibration device and method based on composite pose |
CN112388388A (en) * | 2020-09-30 | 2021-02-23 | 成都飞机工业(集团)有限责任公司 | Machine tool geometric error detection method based on standard ball array |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009236571A (en) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Nsk Ltd | Apparatus and method for measuring rotational accuracy for bearings |
CN102425996A (en) * | 2011-09-02 | 2012-04-25 | 黑龙江科技学院 | Optical three-dimensional measuring equipment precision integration detection method and detection apparatus thereof |
JP2012093237A (en) * | 2010-10-27 | 2012-05-17 | Nikon Corp | Error distribution calculation method, shape measurement method, and shape measurement device |
JP2015506461A (en) * | 2011-12-20 | 2015-03-02 | レニショウ パブリック リミテッド カンパニーRenishaw Public Limited Company | Gauge artifact and method for checking coordinate positioning machine |
JP2015175704A (en) * | 2014-03-14 | 2015-10-05 | 株式会社東京精密 | Calibration method of measurement instrument and device thereof |
-
2018
- 2018-03-27 JP JP2018059972A patent/JP6598913B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009236571A (en) * | 2008-03-26 | 2009-10-15 | Nsk Ltd | Apparatus and method for measuring rotational accuracy for bearings |
JP2012093237A (en) * | 2010-10-27 | 2012-05-17 | Nikon Corp | Error distribution calculation method, shape measurement method, and shape measurement device |
CN102425996A (en) * | 2011-09-02 | 2012-04-25 | 黑龙江科技学院 | Optical three-dimensional measuring equipment precision integration detection method and detection apparatus thereof |
JP2015506461A (en) * | 2011-12-20 | 2015-03-02 | レニショウ パブリック リミテッド カンパニーRenishaw Public Limited Company | Gauge artifact and method for checking coordinate positioning machine |
JP2015175704A (en) * | 2014-03-14 | 2015-10-05 | 株式会社東京精密 | Calibration method of measurement instrument and device thereof |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110553614A (en) * | 2019-10-16 | 2019-12-10 | 杭叉集团股份有限公司 | Three-coordinate measuring machine is with examining utensil |
CN111693011A (en) * | 2020-06-02 | 2020-09-22 | 上海交通大学 | Three-dimensional self-calibration device and method based on composite pose |
CN111693011B (en) * | 2020-06-02 | 2021-11-23 | 上海交通大学 | Three-dimensional self-calibration device and method based on composite pose |
CN112388388A (en) * | 2020-09-30 | 2021-02-23 | 成都飞机工业(集团)有限责任公司 | Machine tool geometric error detection method based on standard ball array |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6598913B2 (en) | 2019-10-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1225423B1 (en) | Method for evaluating measurement error in coordinate measuring machine and gauge for coordinate measuring machine | |
JP3837503B2 (en) | 3D coordinate evaluation gauge | |
JP6598913B2 (en) | Three-dimensional gauge and measuring method of three-dimensional position error of machine | |
EP2162701B1 (en) | Methods for calibrating a scanning head | |
JP4599060B2 (en) | Reconfigurable sample holder | |
CN108007400B (en) | Coordinate alignment tool for coordinate measuring device and measuring X-ray CT apparatus | |
EP2795251B1 (en) | A gauge artefact and method for checking a coordinate positioning machine | |
EP1982145B1 (en) | Alignment correction system and methods of use thereof | |
JP2006243983A (en) | Calibration method for parallel mechanism, verification method for calibration, verification program for calibration, data sampling method and correction data sampling method in space position correction | |
JPH0236881B2 (en) | ||
CN102483621A (en) | Machine tool calibration method | |
JP6631984B1 (en) | Inspection master | |
EP2954286B1 (en) | Artefact for evaluating the performance of an x-ray computed tomography system | |
WO2020004222A1 (en) | Inspection master | |
JP2012058057A (en) | Gage for three-dimensional coordinate measuring instrument and precision evaluation method for three-dimensional coordinate measuring instrument | |
JP2020067333A (en) | Inspection master | |
JP5693978B2 (en) | Image probe calibration method | |
KR20230066086A (en) | Methods and assemblies for calibrating parallel kinematics | |
US20230010236A1 (en) | Error identification method for machine tool, non-transitory computer-readable storage medium, and machine tool | |
JP2023017309A (en) | Check gauge for coordinate measurement device and abnormality determination method | |
CN219284305U (en) | Attitude sensor angle calibration device | |
AU779716B2 (en) | Method for evaluating measurement error in coordinate measuring machine and gauge for coordinate measuring machine | |
JP2016138860A (en) | Calibration tool of measuring machine, and measuring method | |
JP2020027090A (en) | Comparison measuring machine calibration gauge and comparison measuring machine calibration method | |
WO2020127744A1 (en) | Precision coupling |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180327 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20190305 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190426 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190903 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20191001 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6598913 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |