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 PDF

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Abstract

To provide a three-dimensional gauge for measuring a three-dimensional position error using a machine capable of changing an installation position with high reproducibility in order to easily enable direct measurement of the three-dimensional position error by the machine using the three-dimensional gauge.SOLUTION: A three-dimensional gauge 10 as a reference for three-dimensional position measurement includes: a base plate 22 as the base; a ball plate 12 in which a plurality of measuring balls 14 to be measured are mounted on the upper surface; and raising members 28, 30 for setting the distance between the base plate and the base plate to at least two types of lengths while ensuring reproductivity.SELECTED DRAWING: Figure 1

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.

特開2008−292259号公報JP 2008-292259 A

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.

本発明の第1の実施形態による機械の三次元位置誤差測定に用いる三次元ゲージの斜視図である。It is a perspective view of the three-dimensional gauge used for the three-dimensional position error measurement of the machine by the 1st Embodiment of this invention. 図1の三次元ゲージのボールプレートの下面を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the lower surface of the ball plate of the three-dimensional gauge of FIG. 図1の三次元ゲージのベースプレートの上面を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the upper surface of the base plate of the three-dimensional gauge of FIG. 図3のベースプレートに嵩上げ球を載置した状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which mounted the raising ball | bowl on the base plate of FIG. 図4の嵩上げ球よりも小径の嵩上げ球をベースプレートに載置した状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which mounted the raising ball | bowl of a diameter smaller than the raising ball | bowl of FIG. 4 on the baseplate. 図5のベースプレート上の嵩上げ球の上にボールプレートを載置した状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state which mounted the ball plate on the raising ball | bowl on the base plate of FIG. 嵩上げ球の他の例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the other example of the raising ball | bowl. 本発明の第2の実施形態による三次元ゲージのベースプレートの上面を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the upper surface of the base plate of the three-dimensional gauge by the 2nd Embodiment of this invention. 図8のベースプレートに載置するボールプレートの下面を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the lower surface of the ball plate mounted in the base plate of FIG. 図8のベースプレートに図9のボールプレートが低位置になるように載置された状態を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view illustrating a state where the ball plate of FIG. 9 is placed on the base plate of FIG. 図8のベースプレートに図9のボールプレートが高位置になるように載置された状態を示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view showing a state where the ball plate of FIG. 9 is placed on the base plate of FIG.

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-dimensional gauge 10 as a reference device or artifact used in the three-dimensional position error measuring method of the machine of the present invention includes a ball plate 12 to which a measuring ball 14 is attached, a coordinate measuring machine (not shown), and a machine tool (see FIG. A base plate 22 as a base to be placed and fixed on a table (first element member) (not shown), and a raised ball 28-1 as a first raising member or a high-position raising member disposed between them. 28-3. The ball plate 12 is a plate-like plate made of a material such as metal or ceramics that is stable over a long period of time and has high rigidity, and is a square steel member in the present embodiment. In the present embodiment, 25 measurement balls 14 are arranged and fixed in an array or a matrix of 5 rows and 5 columns. The measurement sphere 14 and the raised spheres 28-1 to 28-3 are preferably made of a material such as metal or ceramics that is stable and has high rigidity over a long period of time, and can be formed from a ceramic material in this embodiment. A drill hole having a diameter smaller than that of the measurement sphere 14 is formed in advance at a position where the measurement sphere 14 on the upper surface 12a is fixed, and the measurement sphere 14 can be made to be bonded to the ball plate 12 using an adhesive. The first element member may be a work table or table (not shown) on which a work is placed and fixed in order for the robot to perform work.

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 bottom surface 12 b of the ball plate 12 facing the base plate 22. The positioning structure includes a reference positioning structure including three positioning balls 16, an orientation determining structure including a pair of cylindrical members 18, and a height determining structure including a plane 20a. The positioning sphere 16 may be arranged at the apex of the equilateral triangle. Preferably, the recess 17 can be formed around a point obtained by projecting the center of a circle passing through the centers of the three positioning balls 16 onto the lower surface 12 b of the ball plate 12. The recess 17 can be formed from a part of a spherical surface. The positioning sphere 16 can be formed of a ceramic material, and, like the measurement sphere 14, a drill hole for sitting can be formed in advance and adhered to the ball plate 12 using an adhesive. The positioning sphere 16 is not limited to a perfect sphere, and may be any member having a spherical surface capable of supporting the raising member 28-1 at three points, as will be described later.

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 cylindrical member 18 is disposed symmetrically with respect to a straight line passing through the center of a circle passing through the centers of the three positioning balls 16 and extends in parallel. The cylindrical member 18 can be made of a ceramic material, and can be bonded to the ball plate 12 using an adhesive by sitting two grooves formed in advance by an end mill. Moreover, the cylindrical member 18 having the orientation determining structure is not limited to a perfect cylindrical member, and may be a rod-like member having a cylindrical surface that engages with the raising member 28-2 as described later.

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 rectangular recess 20 in the lower surface 12b of the ball plate 12 and fitting, for example, a blog gauge having a flat surface 20a in the recess 20. The blog gauge can be bonded to the ball plate 12 using an adhesive.

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 ball plate 12, the base plate 22 is a plate-shaped steel member made of a material such as metal or ceramics that is stable for a long time and has high rigidity. In this embodiment, the base plate 22 is a square steel member. Three sets of holding balls 24-1 to 24-3, each of which is a set of individual spheres, are fixed. In each set, three spheres are arranged at the vertices of an equilateral triangle. Preferably, the recesses 26-1 to 26-3 can be formed around a point obtained by projecting the center of a circle passing through the centers of the three spheres onto the upper surface 22 a of the base plate 22. The recesses 26-1 to 26-3 can be formed from a part of a spherical surface. The holding balls 24-1 to 24-3 can be formed of a ceramic material in the same manner as the positioning balls 16 of the ball plate 12, and a sliding drill hole is formed in advance and bonded to the base plate 22 using an adhesive. be able to. The holding spheres 24-1 to 24-3 are not limited to perfect spheres, and may be members having a spherical surface that can be engaged with the raising members 28-1 to 28-3 and can be supported at three points.

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 base plate 22, respectively. Thus, each of the raising balls 28-1 to 28-3 is supported at three points by each set of holding balls 24-1 to 24-3, and the center thereof is set to the three holding balls 24-1 to 24-24 of each set. -3 is positioned with respect to the base plate 22 by three holding balls 24-1 to 24-3 of each set so as to be arranged on respective straight lines extending upward from the center of a circle passing through each center of -3. The recesses 26-1 to 26-3 act as spaces for preventing contact between the placed raising balls 28-1 to 28-3 and the upper surface 22 a of the base plate 22.

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 base plate 22 is placed and fixed, for example, on a table (not shown) of a machine tool. Preferably, the base plate 22 is fixed so that the base plate 22 does not move with respect to the table by the same fixing method as the fixing method on the measuring machine that gives a reference measurement value.

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 base plate 22, the ball plate 12 makes the lower surface 12 b face the upper surface 22 a of the base plate 22, and holds the holding balls. It is placed on 24-1 to 24-3. At that time, the raised ball 28-1 engages with the three positioning balls 16 of the ball plate 12, and the raised ball 28-2 engages with both of the pair of cylindrical members 18 of the ball plate 12, thereby raising the raised ball 28-3. The ball plate 12 is positioned with respect to the base plate 22 so as to be in contact with the flat surface 20a. The recess 17 acts as a space for preventing contact between the raised ball 28-1 and the lower surface 12b of the ball plate 12 when the ball plate 12 is placed.

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 ball plate 12 to be positioned on the base plate 22 in this way, a straight line extending in parallel with the cylindrical member 18 and passing through the center of a circle passing through the centers of the positioning balls 16 is provided with three holding balls. The positioning sphere 16 so that the straight line connecting the centers of the circles passing through the centers of the positioning spheres of each set of the 24-1 and the three holding spheres 24-2 coincides with the straight line projected on the lower surface 12b of the ball plate 12. The cylindrical member 18 is positioned on the lower surface 12 b of the ball plate 12. Furthermore, the flat surface 20a of the height determining structure is placed on the holding ball 24-3 of the base plate 22 when the ball plate 12 is placed on the raised balls 28-1 to 28-3 on the base plate 22. It arrange | positions at the lower surface 12b of the ball plate 12 so that it may contact | abut to the raised ball | bowl 28-3 made.

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 ball plate 12 is placed on the base plate 22 as shown in FIG. 1, the center of a circle passing through each center of the positioning sphere 16 of the ball plate 12 and the circle passing through each center of the holding sphere 24-1 of the base plate 22 The center is constrained to maintain a certain distance from the center of the raised sphere 28-1. For this reason, the ball plate 12 is in a state in which only the rotational movement is possible with respect to the base plate 22, and the translational movement is impossible.

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 positioning sphere 16 of the ball plate 12 is engaged with the raised sphere 28-1 and the pair of cylindrical members 18 are engaged with the raised sphere 28-2, the rotational direction in which the ball plate 12 can move with respect to the base plate 22 is one. Determined in the direction. As a result, the ball plate 12 can only rotate relative to the base plate 22 about the line connecting the centers of the raised balls 28-1 and 28-2. When the flat surface 20a comes into contact with the raised ball 28-3, the ball plate 12 cannot move relative to the base plate 22 and is restrained.

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-dimensional gauge 10 has the measurement sphere 14 of the ball plate 12 arranged at the uppermost stage of the three-dimensional gauge 10 and can be accessed from the outside by a measurement probe (not shown) such as a stylus. Thus, it is assembled on the table of the machine tool and fixed to the table. At this time, in this embodiment, the ball plate 12 is at a high position with respect to the base plate 22, and a gap H1 is formed between them.

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-dimensional gauge 10, and the measurement end of the measurement probe is moved to the surface of each measurement ball 14, for example, The center coordinate of each measurement sphere 14 is obtained by contacting one point near the pole (top point) of each measurement sphere 14 and at least three points about every 180 ° along the equator. When the center coordinates of all the measurement spheres 14 are obtained, the relative positions between the measurement spheres 14 are obtained.

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 base plate 22 fixed to the table, the ball plate 12 is removed, and the raised spheres 28-1 to 28-3 are raised as the second raised members having different sizes (diameters) or the raised balls 30- as the low position raised members. Replace with 1-30-3 (FIG. 5). Since the raising balls 28-1 to 28-3 and the raising balls 30-1 to 30-3 are held by the three holding balls 24-1 to 24-3, respectively, the size (diameter) of the raising balls is changed. In addition, the center position of the raised sphere is arranged on a straight line that is perpendicular to the plane formed by the centers of the three holding spheres and passes through the center of a circle that passes through the centers of the three holding spheres.

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 ball plate 12 is again placed on the raised balls 30-1 to 30-3 as described above. In this example, the raised spheres 30-1 to 30-3 after replacement have a diameter smaller than the diameter of the raised spheres 28-1 to 28-3 before replacement. Therefore, when the ball plate 12 is placed on the raised balls 30-1 to 30-3, the ball plate 12 is disposed at a low position, and the gap between the ball plate 12 and the base plate 22 is H2 <H1. .

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 ball plate 12 is placed on the raised spheres 30-1 to 30-3, the center coordinates of each measurement sphere 14 are measured again, and the relative positions between the measurement spheres 14 are measured. The relative positions of the center coordinates of all the measurement balls 14 at the high and low positions thus obtained are measured and priced in advance with a coordinate measuring machine (not shown), and the measurement results on the table of the machine tool By comparing, the feeding device of the machine tool can be calibrated. The center coordinates of the measurement sphere 14 of the three-dimensional gauge 10 can be priced by using a coordinate measuring machine owned by the user of the machine tool or robot to be calibrated or by an external calibration service provider. It can be done using it. The coordinate measuring machine is desirably a machine that is calibrated with a standard device having traceability in which the calibration path of the device used for the calibration is clear. In addition, the calibration service provider has been examined by a certification body such as JCSS and confirmed that it conforms to the requirements of the standards (ISO / IEC 17025) for calibration bodies established by the International Organization for Standardization and the International Electrotechnical Commission. It is desirable to be a certified calibration company.

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-dimensional gauge 10 described above, each of the raised balls 28-1 to 28-3 and 30-1 to 30-3 is positioned on the upper surface 22a of the base plate 22 by the three holding balls 24-1 to 24-3. The Therefore, even if the raising balls have different sizes (diameters), the raising balls placed on the three holding balls 24-1 to 24-3 have three holding balls 24-1 to 24- 3 are arranged on a straight line that is perpendicular to the plane formed by the center of 3 and passes through the center of a circle passing through the center. Therefore, the position of the pole that is the uppermost point of the raising sphere does not change in a plane parallel to the upper surface of the base plate 22 even if it changes in the height direction as the size (diameter) of the raising sphere changes. On the other hand, the ball plate 12 is a raised ball 28 in which a straight line that passes through the center of a circle passing through the center of the ball plate 12 is perpendicular to a plane formed by the centers of the three positioning balls 16 of the ball plate 12. -1 or 30-1 so as to pass through the center of the base plate 22 and set as a reference position.

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 ball plate 12 includes a reference positioning structure (three positioning balls 16) that determines the position of the ball plate 12 with respect to the base plate 22, and an orientation determination that determines the orientation of the ball plate 12 with respect to the base plate 22. It consists of three positioning structures: a structure (two cylindrical members 18) and a height determining structure (plane 20a) that determines the height of the ball plate 12 relative to the base plate 22. That is, (1) one of the raised balls 28-1 to 28-3 or 30-1 to 30-3 on which the three positioning balls 16 are placed on the holding balls 24-1 to 24-3 (the implementation described above) In the form, the reference position of the ball plate 12 relative to the base plate 22 is determined by engaging with the raised balls 28-1 or 30-1), and (2) the remaining two raised balls 28-2, 28-3 or 30. -2, 30-3 (in the above-described embodiment, one of the raised spheres 28-2 or 30-2) is engaged with both of the pair of cylindrical members 18, whereby the orientation of the ball plate 12 with respect to the base plate 22 (ball The rotational position of the ball plate 12 in a plane parallel to the plate 12 is determined, and (3) the remaining raised balls 28-3 or 30-3 are brought into contact with the plane 20a of the ball plate 12. By, so that the inclination of the ball plate 12 is determined with respect to the base plate 22.

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 positioning sphere 16 is positioned only with respect to the raised sphere 28-1 or 30-1, and the pair of cylindrical members 18 are positioned only with respect to the raised sphere 28-2 or 30-2. 20a is positioned only with respect to the raised balls 28-3 or 30-3, and there is no or little relevance to positioning between the raised balls. Thus, by dividing the function of the positioning structure provided on the lower surface 12b of the ball plate 12, the ball plate 12 is positioned with respect to the base plate 22 with high reproducibility even if a manufacturing error occurs between the positioning structures. It becomes possible.

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 ball plate 12 with respect to the base plate 22 is determined by the flat surface 20a coming into contact with the raised sphere 28-3 or 30-3. 3 or 30-3, the ball plate 12 is inclined with respect to the base plate 22, that is, the ball plate centered on a straight line passing through the center of the raised balls 28-1, 28-2 or 30-1, 30-2. Twelve rotational positions are determined. As described above, according to the present invention, the function required of the ball plate as a reference device in which the ball plate 12 is positioned with very high reproducibility with respect to the base plate 22 is the state when the pricing is performed. There is no difference from the state installed on the machine to be calibrated. For this reason, it is desirable that the ball plate 12 be arranged in parallel to the base plate 22, but the two need not necessarily be arranged in parallel.

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 member 32 can be used. In short, the raising member may be a member having a spherical surface that can be engaged with the holding balls 24-1 to 24-3 of the base plate 22, the positioning balls 16 of the ball plate 12, the pair of cylindrical members 18, and the flat surface 20a. . The raising member 32 in FIG. 7 has a main body portion 34 having a shape obtained by cutting the upper and lower end portions of a sphere with parallel planes, and an upper and lower cylindrical portion 36a coupled to the cut portion of the main body portion 34. A spherical surface 36b is formed at the end of the cylindrical portion 36a. If the upper and lower spherical surfaces 36b are one spherical surface, the raising member 32 can be regarded as a sphere and may be used upside down.

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 measurement balls 14 are arranged and fixed in an array or a matrix of 5 rows and 5 columns, but the number of measurement balls 14 is not limited to 25. The above or the following number of measurement balls can be attached to the ball plate 12. Further, the measurement spheres 14 can be arranged concentrically, for example, in addition to the matrix shape. Furthermore, the measurement balls 14 may be randomly arranged on the upper surface 12a of the ball plate 12 as long as each measurement ball can be distinguished from other measurement balls. Further, instead of the measurement sphere, a shape that can be a reference such as a precisely processed hole or a rectangular shape may be arranged.

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 upper surface 22a of the base plate 22, a reference positioning structure including three positioning balls 16, an orientation determining structure including a pair of cylindrical members 18, and a height determining structure including a plane 20a are disposed. The difference from the first embodiment is that escape holes 40-1 to 40-3 into which long raising columns 44-1 to 44-3 described later enter are formed. On the lower surface 12b of the ball plate 12, there are 180 degrees of short raised columns 42-1 to 42-3 and long raised columns 44-1 to 44-3 that are in contact with the positioning ball 16, the cylindrical member 18, and the flat surface 20a of the base plate 22. Arranged with a phase difference. The tip of each raising column is formed in a hemispherical surface.

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 positioning ball 16, the cylindrical member 18, and the flat surface 20a, respectively, and the measurement ball 14 disposed on the upper surface 12a of the ball plate 12 is positioned at a low position. Shows the state. At this time, the long raising pillars 44-1 to 44-3 enter into the escape holes 40-1 to 40-3 formed in the base plate 22, respectively. FIG. 11 is a perspective view seen from a direction 180 degrees different from FIG. 10 and shows a state in which the ball plate 12 is placed on the base plate 22 with a phase difference of 180 degrees. At this time, the long raised columns 44-1 to 44-3 are in contact with the positioning ball 16, the cylindrical member 18, and the flat surface 20a, respectively, and the measurement ball 14 is positioned at a high position. Compared to the three-dimensional gauge of the first embodiment, the measuring sphere 14 can be easily positioned at two positions, high and low.

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 positioning ball 16, the cylindrical member 18, and the flat surface 20 a are disposed on the upper surface 22 a of the base plate 22, and the raised columns 42-1 to 42-3 and 44-1 to 44 are disposed on the lower surface 12b of the ball plate 12. 3 is disposed, the positioning ball 16, the cylindrical member 18, and the flat surface 20a are disposed on the lower surface 12b of the ball plate 12, and the raised pillars 42-1 to 42-3 and 44-1 to the upper surface 22a of the base plate 22 are disposed. 44-3 may be provided. Further, in place of two types of raised and short raised columns, for example, two ball plates having both short raised columns and different thicknesses are prepared, and the measuring ball 14 is positioned at two height positions with high and low reproducibility. Good. The raising elements described in the claims are the raising balls 28-1 to 28-3, 30-1 to 30-3 of the first embodiment, the raising member 32, and the raising pillar 42-1 of the second embodiment. -42-3 and 44-1 to 44-3, and a thick or thin base plate or ball plate. The positioning structure described in the claims refers to a structure in which these raising elements and holding balls 24-1 to 24-3 are combined with a reference positioning structure, an orientation determining structure, and a height determining structure. Note that the method for measuring the three-dimensional position error of the machine using the three-dimensional gauge of the second embodiment is the same as the method described in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

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-dimensional gauge 12 Ball plate 14 Measurement ball 16 Positioning ball 18 Cylindrical member 20a Plane 22 Base plate 24-1 to 24-3 Holding ball 28-1 to 28-3 Raised ball 30-1 to 30-3 Raised ball

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)

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:
前記位置決め構造は、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つの球面を配設し、他方の面に前記3つの球面のうちの1つの球面と当接する3個1組の位置決め球と、前記3つの球面のうちもう1つの球面が当接する2本1組の平行な円筒面でなる棒状部材と、前記3つの球面のうち残りの球面が当接する平面とを配設し、さらに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種類の高さに設定する嵩上げ要素を有する請求項1に記載の三次元ゲージ。   In the positioning structure, three spherical surfaces are disposed on one of the upper surface of the base plate and the lower surface of the ball plate, and one of the three spherical surfaces is in contact with the other surface. A set of positioning spheres, a rod-shaped member composed of a pair of parallel cylindrical surfaces with which the other spherical surface of the three spherical surfaces abuts, and a plane with which the remaining spherical surface of the three spherical surfaces abuts. The three-dimensional gauge according to claim 1, further comprising a raising element that sets the height of the plurality of measurement balls of the ball plate to at least two kinds of heights. 前記嵩上げ要素は、前記一方の面に配設される3つの球面の直径を大小2種類用意する、または前記一方の面に配設される3つの球面の高さ方向位置を長短2種類用意する請求項2に記載の三次元ゲージ。   For the raising element, two types of diameters of three spherical surfaces arranged on the one surface are prepared, or two types of height direction positions of three spherical surfaces arranged on the one surface are prepared. The three-dimensional gauge according to claim 2. 前記位置決め構造は、前記ベースプレートの上面に、前記ボールプレートの下面に配設された前記3個1組の位置決め球と前記棒状部材と前記平面とに対応した位置にそれぞれ3個1組でなる保持球を配設し、前記嵩上げ要素は、前記各組の保持球と前記3個1組の位置決め球、前記棒状部材および前記平面とのそれぞれの間に交換可能に介在させる少なくとも大小2つの高さ寸法を有する嵩上げ部材でなる請求項1に記載の三次元ゲージ。   The positioning structure includes a set of three on the upper surface of the base plate and a set of three at a position corresponding to the set of three positioning balls, the rod-shaped member, and the plane disposed on the lower surface of the ball plate. A ball is disposed, and the raising elements are at least two heights that are interchangeably interposed between the holding balls of each set and the three positioning balls, the rod-shaped member, and the plane. The three-dimensional gauge according to claim 1, comprising a raised member having dimensions. 請求項1〜4の何れか1項に記載の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.
前記機械は工作機械であり、前記第1のステップのマスター位置は、前記工作機械で加工したワークの寸法を測定する座標測定機によって測定された値である請求項5に記載の機械の三次元位置誤差測定方法。   The said machine is a machine tool, The master position of the said 1st step is the value measured by the coordinate measuring machine which measures the dimension of the workpiece | work processed with the said machine tool, The three-dimensional of the machine of Claim 5 Position error measurement method.
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