JP2022127130A - Method for calibrating shape measuring machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ワークの形状・寸法を測定する形状測定機の校正方法に係り、特に回転テーブルを有する形状測定機に好適な校正方法に関する。 The present invention relates to a calibration method for a shape measuring machine that measures the shape and dimensions of a workpiece, and more particularly to a calibration method suitable for a shape measuring machine having a rotary table.
測定対象のワークの外径や内径等を高精度に測定するために、先端が球状のプローブをワークに当接、または、光学式プローブなどを接近させて非接触で測定する、三次元測定可能な形状測定機が多用される。このような形状測定機では、定盤上に水平面内のX軸方向、X軸方向に直交するY軸方向、およびX、Y軸方向の双方に直交する上下方向のZ軸方向に動く移動体がそれぞれ用意され、前記プローブは、これらの移動体に接続されており、X軸、Y軸、Z軸方向に移動可能となっている。ワークは、上記定盤上に載置される。ワークが回転対称性を有する場合には、ワークの軸を自身のZ軸に一致させて載置可能な回転テーブルまたはθテーブルを前記定盤上に取り付けて測定することで、測定に要する時間を低減している。 In order to measure the outer diameter, inner diameter, etc. of the workpiece to be measured with high accuracy, a probe with a spherical tip is brought into contact with the workpiece, or an optical probe, etc. is approached to measure without contact, enabling three-dimensional measurement. A shape measuring machine is often used. In such a shape measuring machine, a movable body which moves in the X-axis direction in the horizontal plane on the surface plate, the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction, and the vertical Z-axis direction orthogonal to both the X and Y-axis directions is installed. are prepared respectively, and the probe is connected to these movable bodies and is movable in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions. A work is placed on the surface plate. If the workpiece has rotational symmetry, the time required for measurement can be reduced by attaching a rotating table or a θ table on the surface plate that can be placed with the axis of the workpiece aligned with its own Z axis. is decreasing.
ところで、X、Y、Z軸方向の移動体および回転テーブルでは、その導入時において各軸を調整し、原点を設定する。これらテーブルは、長期の稼働後の環境変化等でまたは電源切断により、原点が移動する可能性がある。形状測定機を再起動する時に、一旦、X、Y、Z軸方向の移動体を原点復帰させると、回転テーブルでは原点が数十μmもの位置ずれを生じる場合がある。そのため、長期使用後の原点復帰動作や電源切断後の再起動時には、形状測定機の導入時と同様の校正が必要であった。 By the way, in the X-, Y-, and Z-axis moving bodies and the rotary table, each axis is adjusted and the origin is set at the time of introduction. These tables may move their origins due to changes in the environment after long-term operation or due to power off. When the shape measuring machine is restarted, once the moving body in the X-, Y-, and Z-axis directions is returned to the origin, the origin may be displaced by several tens of micrometers on the rotary table. Therefore, when returning to the origin after long-term use or restarting after turning off the power, the same calibration as when the shape measuring machine was introduced was required.
形状測定機を導入する時と同様の校正は、多大な時間と工数を要するものであり、高精度を維持しつつ校正の簡略化または短縮化が求められている。回転テーブルにおける上記不具合を解消するために、従来種々の方法が提案されている。例えば、特許文献1に記載の座標測定機用ロータリテーブル(回転テーブル)では、ワークを取り付ける治具をロータリテーブルから取り外すことなく、ロータリテーブルの校正を実行している。
Calibration similar to when introducing a shape measuring machine requires a great deal of time and man-hours, and there is a demand for simplification or shortening of calibration while maintaining high accuracy. Conventionally, various methods have been proposed in order to solve the above problems in the rotary table. For example, in a rotary table (rotary table) for a coordinate measuring machine disclosed in
具体的には、ロータリテーブルの回転中心近傍に第1の基準球を、第1の基準球とは高さが異なる位置に第2の基準球をそれぞれ設けた後、それらの回転中心を求め、一方の基準球の回転中心をロータリテーブルの回転中心に暫定的に設定する。それとともに2個の基準球の回転中心を通る直線の傾きを、ロータリテーブルの傾きとする。さらに第3の基準球をワークの治具を回避した位置に設け、その回転中心を求める。環境変化等で新たな校正が必要になったときに、第3の基準球の回転中心をその都度求め、先に求めておいた第3の基準球の回転中心との差から、暫定的に設定したロータリテーブルの回転中心を補正している。 Specifically, after providing a first reference sphere in the vicinity of the rotation center of the rotary table and a second reference sphere at a position different in height from the first reference sphere, the rotation centers thereof are obtained, The center of rotation of one of the reference spheres is tentatively set to the center of rotation of the rotary table. In addition, the inclination of the straight line passing through the rotation centers of the two reference spheres is used as the inclination of the rotary table. Further, a third reference sphere is provided at a position avoiding the jig of the workpiece, and its center of rotation is determined. Whenever a new calibration becomes necessary due to a change in the environment, etc., the center of rotation of the third reference sphere is determined each time. The rotation center of the set rotary table is corrected.
回転テーブルの他の校正方法が、特許文献2に開示されている。この公報に記載の三次元測定機では、回転テーブルの座標系を登録するために、少なくとも3点の角度位置で回転テーブルの表面の基準点の座標位置を測定する。測定に用いる校正治具は、接触部として3個の同径の球体を有するとともに支柱及び基台を支持部として有し、プローブの先端球に3点で同時に接することが可能である。測定時には、回転テーブルの表面に校正治具を設置してプローブを校正治具に接近させ、プローブの先端球が3個の球体と同時に接触した状態で、座標位置を読み取っている。 Another calibration method for rotary tables is disclosed in US Pat. In the three-dimensional measuring machine described in this publication, the coordinate positions of reference points on the surface of the turntable are measured at at least three angular positions in order to register the coordinate system of the turntable. The calibration jig used for measurement has three spheres of the same diameter as contact portions and a support and a base as support portions, and can simultaneously contact the tip ball of the probe at three points. At the time of measurement, a calibration jig is placed on the surface of the rotary table, the probe is brought close to the calibration jig, and the coordinate positions are read while the tip sphere of the probe is in contact with the three spheres at the same time.
形状測定装置の原点校正を高精度に実行する原点ゲージの例が、特許文献3に開示されている。この公報に記載の原点ゲージは、台座部と、台座部の上方に第1基準球と第2基準球を設置している。台座部は円板形状であって、台座部の中心軸上に第1の基準球の中心を配置する。第2の基準球の中心は、台座部の中心軸からずれた位置にある。第1の基準球及び第2の基準球の相対位置関係は、既知である。測定プローブを外径測定姿勢にして第1の基準球を測定し、その結果に基づいて外径測定姿勢の原点を校正する。さらにプローブを内径測定姿勢にして第2の基準球を測定し、その結果に基づいて内径測定姿勢の原点を校正する。 Patent Document 3 discloses an example of an origin gauge that performs origin calibration of a shape measuring device with high accuracy. The origin gauge described in this publication has a pedestal and a first reference sphere and a second reference sphere above the pedestal. The pedestal is disc-shaped, and the center of the first reference sphere is arranged on the central axis of the pedestal. The center of the second reference sphere is located at a position shifted from the central axis of the pedestal. The relative positional relationship between the first reference sphere and the second reference sphere is known. The first reference sphere is measured with the measurement probe in the outer diameter measurement posture, and the origin of the outer diameter measurement posture is calibrated based on the result. Further, the second reference sphere is measured with the probe in the inner diameter measurement posture, and the origin of the inner diameter measurement posture is calibrated based on the result.
特許文献1に記載の従来のロータリテーブルでは、被測定物(ワーク)をロータリテーブルに固定する治具をロータリテーブルから撤去することなく、ロータリテーブルの校正をすることが可能である。したがって、温度変化等によりロータリテーブルの中心位置もしくはその指示値が変化しても、ロータリテーブルの中心位置を正確に校正することができる。
In the conventional rotary table disclosed in
しかしながら、この公報に記載のロータリテーブルは、再度の校正のために、基準球を3か所以上の位置で測定しなければならず、校正の工数が増加する。また、この公報に記載のロータリテーブル校正は予め、ロータリテーブル上の第3の基準球の回転中心を求めることが必須である。この校正では、回転中心を求めるためには、3か所以上の複数位置で測定せねばならず、校正の工数が増大する。さらに、この公報に記載のロータリテーブル校正は、ワークの計測中であっても第3の基準球をロータリテーブルに固定保持する必要があり、そのような場所をロータリテーブル上に得られない可能性の大きい一般のワークの測定には、本方法を適用できない。 However, for the rotary table described in this publication, the reference sphere must be measured at three or more positions for recalibration, increasing the man-hours for calibration. Further, in the rotary table calibration described in this publication, it is essential to determine in advance the center of rotation of the third reference sphere on the rotary table. In this calibration, in order to obtain the center of rotation, measurements must be made at three or more positions, which increases the man-hours for calibration. Furthermore, the rotary table calibration described in this publication requires that the third reference sphere be fixed and held on the rotary table even while the workpiece is being measured, and such a location may not be available on the rotary table. This method cannot be applied to the measurement of general workpieces with large .
特許文献2には、回転テーブルの座標系を登録するために、3点以上の角度位置で回転テーブルの座標位置の基準位置を測定することが記載されている。この公報では、通常初期状態で回転テーブルに対して実行する校正についてのみ記載されており、ワークの一連の測定後または新たなワークの測定のために回転テーブルの座標系をチェックするために、形状測定機に搭載された回転テーブルを校正して測定精度を向上させることを考慮していない。すなわち、回転テーブルが形状測定機に搭載されている場合に、温度変化等により形状測定機が備える直動機構の原点が変化する。それにより、形状測定機に搭載された回転テーブルの原点位置が変化させられるが、そのような事態への対処方法については考慮されていない。また、ワークを保持するための治具と基準球との干渉も考慮されておらず、校正のために治具を取り外すなどすれば、治具の重量が例えば、60kg以上ともなれば、簡単に取り外しや再設置はできず、多大な工数の増加につながる。特に再設置には、回転テーブルのネジ穴と治具のネジ位置を合わせることに非常に時間を要することが一般である。また、この公報では、基準球を3つ回転テーブル上に設置せねばならず、上記の干渉が発生する要因にもなっている。さらに公報に記載の方法は、回転テーブルのテーブル面の近傍と遠方の両方の位置での測定がされず、回転テーブルが歳差運動(すりこぎ運動)している場合には、回転軸が大きく振れるため、この手法では大きな誤差となる。つまり、高精度で高価な回転テーブル用の校正方法である。 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-201002 describes measuring the reference position of the coordinate position of the turntable at three or more angular positions in order to register the coordinate system of the turntable. This publication only describes calibrations which are usually performed on the rotary table in the initial state, and to check the coordinate system of the rotary table after a series of workpiece measurements or for new workpiece measurements. No consideration is given to improving the measurement accuracy by calibrating the rotary table mounted on the measuring machine. That is, when the rotary table is mounted on the shape measuring machine, the origin of the linear motion mechanism provided in the shape measuring machine changes due to changes in temperature or the like. As a result, the origin position of the rotary table mounted on the shape measuring machine is changed, but no consideration is given to how to deal with such a situation. Also, interference between the jig for holding the workpiece and the reference sphere is not taken into consideration, and if the jig is removed for calibration, for example, if the weight of the jig is 60 kg or more, It cannot be removed or reinstalled, leading to a large increase in man-hours. In particular, it generally takes a long time to align the screw holes of the rotary table with the screw positions of the jig for reinstallation. In addition, in this publication, three reference balls must be set on the rotary table, which causes the above-mentioned interference. Furthermore, the method described in the publication does not measure both near and far from the table surface of the rotary table, and when the rotary table is precessing (precession), the rotation axis is large. Due to swings, this method results in a large error. That is, it is a highly accurate and expensive calibration method for rotary tables.
特許文献3には、校正時に測定用プローブを取り付けるアームが伸びすぎて、アームのたわみが測定に影響するのを防止するために、アームを伸ばさない状態で校正することが開示されている。しかしながらこの公報に記載の原点ゲージにおいても、形状測定装置がワークを測定した後に温度変化や起動/停止の繰り返し等でその直動部の原点位置が変化し、形状測定装置に搭載される円板形状の台座部の原点位置を変化させることについては、考慮されていない。もしくは、変化した原点位置を、精度を保ちながら少ない工程および時間で校正することについて考慮していない。 Patent Document 3 discloses that calibration is performed without extending the arm in order to prevent the deflection of the arm from affecting the measurement due to excessive extension of the arm to which the measurement probe is attached during calibration. However, even with the origin gauge described in this publication, the origin position of the linear motion part changes due to changes in temperature, repetition of start/stop, etc. No consideration is given to changing the origin position of the pedestal of the shape. Alternatively, no consideration is given to calibrating the changed origin position in a small number of steps and time while maintaining accuracy.
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は回転テーブルが搭載された形状測定機において、形状測定機の直動機構である、例えば三次元測定機の少なくとも1軸を原点復帰したときであっても、校正の精度を保ちながら少ない工程または時間で回転テーブルを校正することにある。本発明の他の目的は、この目的に加え、回転テーブル上にワーク保持用の治具が搭載されたままで、回転テーブルの校正を可能にすることにある。本発明のさらに他の目的は、これらの目的に加え、低精度で安価な回転テーブルでも回転中心軸を高精度に求めることにある。そして本発明では、上記各目的の少なくともいずれかを達成することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the problems of the prior art described above. To calibrate a rotary table in a small number of steps or time while maintaining calibration accuracy even when returning to an origin. Another object of the present invention is, in addition to this object, to enable the rotary table to be calibrated while the jig for holding the work is mounted on the rotary table. Still another object of the present invention is, in addition to these objects, to obtain a rotation center axis with high accuracy even in a low-accuracy, inexpensive rotary table. An object of the present invention is to achieve at least one of the above objects.
上記目的を達成する本発明の特徴は、定盤とこの定盤に対して直動可能な少なくとも1軸を備えた移動体と前記定盤に対して回転自在な回転テーブルとを含む形状測定機の校正方法が、前記移動体の原点復帰により原点の初期値を設定する初期設定の第1のステップと、前記移動体の原点位置の初期値に対応する前記回転テーブルの中心位置の初期値および前記回転テーブルの回転軸を求め記憶する初期設定の第2のステップと、前記移動体を駆動後に前記移動体の少なくとも1軸を原点に復帰させる原点復帰の第3のステップと、前記移動体の原点復帰に応じて前記回転テーブルの中心位置を更新する第4のステップを備え、前記第4のステップは、前記回転テーブルを回転駆動して前記回転テーブルの少なくとも2つの周方向位置で、前記回転テーブル表面近傍に配設された直径既知の基準球の中心位置を求めるステップと、前記基準球についての少なくとも2点の中心位置から前記回転テーブルの中心位置を求め、前記第2のステップで記憶された回転テーブルの中心位置の初期値を更新するステップを含むことにある。 A feature of the present invention for achieving the above object is a shape measuring machine including a surface plate, a movable body having at least one axis capable of linear movement with respect to the surface plate, and a rotary table rotatable with respect to the surface plate. comprises a first initial setting step of setting an initial value of the origin by returning the moving body to the origin; an initial value of the center position of the rotary table corresponding to the initial value of the origin position of the moving body; a second initial setting step of obtaining and storing the rotation axis of the rotary table; a third step of origin return of returning at least one axis of the moving body to the origin after driving the moving body; a fourth step of updating the center position of the rotary table in accordance with the return to origin, wherein the fourth step rotates the rotary table to rotate the rotary table at at least two circumferential positions of the rotary table; determining the center position of a reference sphere of known diameter disposed near the surface of the table; determining the center position of the rotary table from the center positions of at least two points on the reference sphere, and storing the center position in the second step; and updating the initial value of the center position of the rotary table.
そしてこの特徴において、前記移動体は互いに直交する3軸方向に移動自在な(X、Y、Z)移動体であり、前記回転テーブルは、前記(X、Y、Z)移動体が備える3軸の内の1軸またはこれら3軸のいずれとも異なる1軸周りに回転自在に設けられているのが好ましい。 In this feature, the movable body is a (X, Y, Z) movable body that is movable in three mutually perpendicular axial directions, and the rotary table is a three-axis movable body provided on the (X, Y, Z) movable body. It is preferably provided rotatably around one of the three axes or an axis different from any one of these three axes.
さらに、前記第2のステップ実行後であって前記第3のステップ実行前に、直径既知の前記基準球を前記回転テーブル表面の近傍に配設するとともにその中心位置の初期値を求めて記憶し、前記第4のステップ実行時に、前記回転テーブルを駆動して回転対称にある2つの周方向位置において前記基準球の中心位置を求め、その際記憶された前記基準球の中心位置の初期値に基づいて測定プローブを接近させ配置して前記基準球の中心位置を求め、求めた2つの中心位置に基づいて前記回転テーブルの新たな中心位置を求め、前記第2のステップで求めた回転テーブルの中心位置を新たな中心位置で更新し記憶することが望ましい。 Further, after executing the second step and before executing the third step, the reference sphere having a known diameter is arranged in the vicinity of the surface of the rotary table, and an initial value of its center position is obtained and stored. , when the fourth step is executed, the rotary table is driven to obtain the center position of the reference sphere at two rotationally symmetrical positions in the circumferential direction, and the initial value of the center position of the reference sphere stored at that time is set to The center position of the reference sphere is determined by arranging the measurement probes closer to each other based on the above, a new center position of the rotary table is determined based on the two determined center positions, and the position of the rotary table determined in the second step is determined. It is desirable to update and store the center position with the new center position.
また、前記第2のステップ実行後であって前記第3のステップ実行前に、直径既知の前記基準球を前記回転テーブル表面の近傍に配設するとともにその中心位置の初期値を求めて記憶し、前記第4のステップ実行時に、前記回転テーブルを駆動して異なる3つ以上の周方向位置において前記基準球の中心位置を求め、その際記憶された前記基準球の中心位置の初期値に基づいて測定プローブを接近させ配置して前記基準球の中心位置を求め、前記基準球の求めた3つ以上の中心位置に基づいて前記回転テーブルの新たな中心位置を求め、前記第2のステップで求めた回転テーブルの中心位置をこの新たな中心位置で更新するようにしてもよい。 After executing the second step and before executing the third step, the reference sphere having a known diameter is arranged in the vicinity of the surface of the rotary table, and an initial value of its center position is obtained and stored. , when executing the fourth step, the rotary table is driven to obtain the center position of the reference sphere at three or more different circumferential positions, based on the stored initial value of the center position of the reference sphere. the center position of the reference sphere is obtained by arranging the measurement probe to approach the reference sphere, a new center position of the rotary table is obtained based on the three or more obtained center positions of the reference sphere, and in the second step The obtained center position of the rotary table may be updated with this new center position.
さらにまた、前記第3のステップ実行後に、直径既知の前記基準球を前記回転テーブル表面の近傍に配設し、前記第4のステップ実行時に、前記回転テーブルを駆動して回転対称にある2つの周方向位置において前記基準球の中心位置を求め、求めた2つの中心位置から前記回転テーブルの新たな中心位置を求め、前記第2のステップで求めた回転テーブルの中心位置を新たな中心位置で更新する、または前記第4のステップ実行後に前記基準球を前記回転テーブルから取り外すようにしてもよい。 Furthermore, after executing the third step, the reference sphere having a known diameter is arranged near the surface of the rotary table, and when executing the fourth step, the rotary table is driven to form two rotationally symmetrical spheres. Find the center position of the reference sphere at the circumferential position, find a new center position of the rotary table from the two found center positions, and replace the center position of the rotary table found in the second step with the new center position. Alternatively, the reference sphere may be removed from the rotary table after executing the fourth step.
上記特徴において、前記第2のステップは、前記基準球を前記回転テーブルに配設し、この回転テーブルの周方向の基準位置で前記基準球の中心位置の初期値を測定し記憶することを含み、前記第4のステップは、前記回転テーブルの周方向少なくとも異なる2点の代わりに前記回転テーブルの周方向の基準位置(1か所)で前記基準球の中心位置を新たに求め、前記第2のステップで求めた回転テーブルの中心位置をこの新たな中心位置で更新するものであるようにすることも可能である。 In the above feature, the second step includes disposing the reference sphere on the rotary table, and measuring and storing an initial value of the center position of the reference sphere at a reference position in the circumferential direction of the rotary table. , the fourth step newly obtains the center position of the reference sphere at a reference position (one place) in the circumferential direction of the turntable instead of at least two different points in the circumferential direction of the turntable; It is also possible to update the center position of the rotary table obtained in the step 2) with this new center position.
本発明によれば、形状測定機に付設された回転テーブルの校正方法において、事前に、高精度に回転軸を求めるようにしており、形状測定機の移動体である直動機構の原点復帰後に、回転テーブルの中心位置の校正を少ない測定回数で実現できる。また、回転中心近傍に基準球を設置した場合には1回、回転テーブルの周辺に設置した場合には2回で、回転テーブルの校正を完了することができる。すなわち、従来基準球の中心位置を3回以上測定しないと正確な回転テーブルの中心位置の校正が不可能であったが、1回ないし2回の測定でも実現できる。1回あたりの校正に要する時間が低減したので、頻繁な校正も可能であり、常に高精度な測定値を得ることができる。 According to the present invention, in the method for calibrating the rotary table attached to the shape measuring machine, the rotation axis is obtained in advance with high accuracy, and after the linear motion mechanism, which is the moving body of the shape measuring machine, returns to the origin, , the center position of the rotary table can be calibrated with a small number of measurements. Further, calibration of the turntable can be completed in one time when the reference sphere is set near the center of rotation, and two times when it is set in the periphery of the turntable. That is, conventionally, accurate calibration of the center position of the rotary table was impossible unless the center position of the reference sphere was measured three times or more. Since the time required for each calibration is reduced, frequent calibration is possible, and highly accurate measurement values can always be obtained.
以下、本発明に係る形状測定機のいくつかの実施例を、図面を用いて説明する。図1は、本発明に係る回転テーブル180を備えた三次元形状測定機(三次元測定機、形状測定機とも称す)100の斜視図である。本実施例の三次元測定機100は、堅牢に構成された定盤150上に回転テーブル(ロータリテーブルとも称す)180がθ方向に回転自在に設けられている。θ方向は、詳細を後述するが、一般にはZ軸周りの方向である。
Several embodiments of the shape measuring machine according to the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a three-dimensional shape measuring machine (also referred to as a three-dimensional measuring machine or shape measuring machine) 100 having a rotary table 180 according to the present invention. In the three-
定盤150の上面端部には、前後方向に延びる案内レール等からなるY軸ガイド140、170が設けられており、このY軸ガイド140、170には、上下方向に延びるYキャリッジ130、160が直動自在に係止している。そして、2つのYキャリッジ130、160はその上端部をX軸ガイド110で接続されており、Yキャリッジ160とYキャリッジ130が同期して動くことを可能にしている。
Y-axis guides 140 and 170 consisting of guide rails or the like extending in the front-rear direction are provided at the upper end portion of the
X軸ガイド110は、ほぼ水平に配置されており、先端部にプローブホルダ190を取り付けたZキャリッジ120が、X軸方向に移動自在に取り付けられている。ここでX軸方向は、三次元測定機100の幅方向であり、Zキャリッジ120は、X軸方向に直交するZ軸方向に移動可能に構成されている。
The
Zキャリッジ120に設けられたプローブホルダ190の先端には、三次元測定機100の測定対象および測定内容に応じたプローブ192が取り付けられており、Zキャリッジ120により上下方向、すなわちX軸及びY軸に直交する方向に移動可能になっている。この図1では、プローブ192は、先端に球状の当接手段を持つ水平面内で十字に配置されたプローブである。
At the tip of a
以上のように構成した三次元測定機100では、Yキャリッジ130、160、Zキャリッジ120およびX軸ガイド110、Y軸ガイド140、170等は、この三次元測定機100の直動可能な移動体を構成する。そして、移動体は、X移動体、Y移動体、Z移動体を含むことになる。本実施例では三次元測定機を例にとり説明しているので、3軸方向に移動可能な構成であるが、以下の説明は1軸方向にしか動くことができない移動体を持つ測定機にも適用できる。
In the three-
三次元測定機100に取り付けられた回転テーブル180には、ワークWが搭載可能である。ワークWは、図示しない治具等を用いて回転テーブルに固定して取り付けられる。一般にワークWが回転対称な構成である場合に、回転テーブル180を使用するのが便利であり、この図1においても一点鎖線で示すワークWは、例えばベベルギアである。ベベルギアの場合には、円周を歯数で割った角度(ピッチ)ごとに同一の状態が出現するので、回転テーブル180をピッチ分だけ回転させて形状を測定及び確認する。測定結果は、制御・演算装置210に送られ、制御・演算装置210が有する記憶手段に記憶され、ワークWの品質評価に供される。
A workpiece W can be mounted on the rotary table 180 attached to the three-
ところで、三次元測定機100を用いて精密測定するためには、その精度を保証するために、種々の段階で機器の校正を実行する。一般的には、三次元測定機100を導入したとき、1年に1回または数か月に1回程度の定期校正時、バッチ処理等の場合のバッチ終了時もしくはバッチ開始時、三次元測定機100による測定が完了して電源を遮断した後に再開する時に、三次元測定機100を校正する。
By the way, in order to perform precision measurement using the three-
従来三次元測定機100の校正においては、機器導入時はもちろんのこと、その他の校正時においても、以下に第1のステップ及び第2のステップとして示す、機器導入時と同様の校正作業を実行していた。機器導入時の校正は機器を立ち上げるために必要なものであるから、多大な時間を費やすのもやむを得ない。しかし、機器を導入した後に機器を稼働した後の校正は、できるだけ短時間で高精度に実現することが望まれる。そこで、機器導入時に実行した校正結果を利用して、短縮した校正の実現を図った。その結果、以下に示す第3のステップと第4のステップとして示す校正を実行することで、校正時間の短縮化と校正工程の簡易化を図りながら、校正精度を維持できた。以下に各ステップの内容を詳細に説明する。以下では、接触式のプローブについて説明するが、非接触のプローブでも同様である。つまり、接触式のプローブでは、基準球に近接及び当接させる必要があるが、光学式などの非接触のプローブでは、基準球の表面にプローブを接近させ、レーザー光などを基準球に照射するなどして測定を行うが基本的な回転テーブルの校正としての違いはない。
In the calibration of the conventional three-
<校正の第1のステップ>
校正の第1、第2のステップは、機器導入時の初期校正や年に1回の定期校正時、使用環境が大幅に変化した場合等に実行する校正である。図2を用いて本ステップを説明する。図2(a)は、三次元測定機100に搭載される回転テーブル180の部分のみを取り上げた斜視図であり、図2(b)は三次元測定機100が備えるプローブ192を用いて、第1、第2の基準球SR1、SR2の中心の軌跡222、224からそれぞれの軌跡の中心位置Ω1、Ω2を求める様子を示す模式斜視図である。図2(c)は、第1、第2の基準球SR1、SR2の詳細を示す図である。
<First step of proofreading>
The first and second steps of calibration are initial calibration when the equipment is introduced, periodic calibration once a year, and calibration performed when the usage environment changes significantly. This step will be described with reference to FIG. FIG. 2(a) is a perspective view showing only the rotary table 180 mounted on the three-
校正の第1のステップでは、回転テーブル180を除いた、主として(X、Y、Z)の3次元直動機構部の原点復帰を実行し、原点位置を設定する。三次元測定機100は、図1に示したように、Xキャリッジを兼ねるZキャリッジ120がX軸ガイド110を左右に移動することにより、X方向位置を定め、Yキャリッジ130、160がY軸ガイド140、170を前後に移動することによりY方向位置を定める。また、Zキャリッジ120内をプローブホルダ190が昇降して移動することによりZ方向位置を定める。その際、各キャリッジ120、130、160およびプローブホルダ190の移動量は、図示しないインクレメンタル方式の計測手段、例えばリニアスケール等を用いて計測される。原点復帰の際には、図示しない原点センサの位置まで各軸を移動させることにより原点位置を定める。この原点の設定は従来通りなので、説明を省略する。
In the first step of calibration, except for the rotary table 180, mainly the (X, Y, Z) three-dimensional direct-acting mechanism is returned to the origin, and the origin position is set. In the three-
<校正の第2のステップ>
三次元測定機100の直交する3軸(X、Y、Z軸)の原点復帰を完了したら、三次元測定機100に搭載した回転テーブル180の初期校正を実行する。回転テーブル180の初期校正においては、回転テーブル180上の2か所に、いずれも事前の測定または製作設計値などにより直径が既知の第1、第2の基準球SR1、SR2を上端部に有する校正治具12、14を取り外し可能に固定して取り付ける。校正治具12には、回転テーブル180の上面からの高さがZ1となるように、直径φDR1の基準球SR1が取り付けられる。同様に、校正治具14には、回転テーブル180の上面からの高さがZ2となるように、直径φDR2の基準球SR2が取り付けられる。
<Second step of proofreading>
After completing the origin return of the three orthogonal axes (X, Y, and Z axes) of the three-
直径φDR1とφDR2は、ほぼ同じ大きさであってもよいし異なっていてもよい。一方、高さZ1は、第1の基準球SR1をできるだけ回転テーブル180の近傍に配置するため、低くなっており、高さZ2は、第2の基準球SR2をできるだけ回転テーブル180から離すために、測定対象ワークWの高さかそれ以上であることが望ましい。ただし、測定対象ワークWが巨大な場合には、第2の基準球SR2の測定において、測定プローブ22が当接した際にたわまない等の剛性が保証される高さにする。なお、測定プローブ22が非接触の場合は、この限りではない。高さZ1とZ2は、この回転テーブル180の回転中心Oを通る回転軸ARを定めるのに用いられる。また、第1、第2の基準球SR1、SR2の回転テーブル180の回転中心Oからの距離が大きければ大きいほど、回転テーブル180の中心位置O及び回転テーブルの回転軸ARを正確に校正できることが期待される。つまり、本発明では、高さの異なる2つの基準球を測定することで、歳差運動のある安価な回転テーブルの回転軸に対しても、その影響を小さくして校正されることが期待される。
Diameters φD R1 and φD R2 may be approximately the same size or may be different. On the other hand, the height Z1 is low in order to place the first reference sphere SR1 as close to the
回転テーブル180は回転軸AR周りに回転自在であるので、三次元測定機100の定盤150の上面であって回転テーブル180が載置される位置の近傍を、回転テーブル180の回転の基準位置0(°)とする。基準位置からの回転テーブルの回転量(角度)をθとする。角度θにおける第1の基準球SR1と第2の基準球SR2の三次元測定機100に固定した座標系における位置を、それぞれ(X1、Y1、Z1)、(X2、Y2、Z2)とする。ここで、第1、第2の基準球SR1、SR2の位置とは、それぞれの基準球SR1、SR2の中心位置ω1、ω2を意味する。
Since the rotary table 180 is rotatable around the rotation axis AR , the vicinity of the position where the rotary table 180 is mounted on the
図2(b)に示すように、回転テーブル180を回転させて、複数位置で第1、第2の基準球SR1、SR2の中心位置ω1、ω2を求める。測定位置数は、少なくとも3か所以上であり、望ましくは6~12か所程度である。測定位置の周方向角度θの間隔は、ほぼ等間隔とすると測定誤差を低減できる。第1の基準球SR1の中心位置ω1は、空間表示でπ1i(i=1、…n:nは測定点数)で表され、第2の基準球SR2の中心位置ω2は、空間表示でπ2i(i=1、…m:mは測定点数)で表される。測定点群π1iからは、第1の基準球SR1の中心位置ω1の軌跡222が求まり、測定点群π2iからは、第2の基準球SR2の中心位置ω2の軌跡224が求まる。離散点の軌跡222を円弧近似することにより、第1の基準球SR1が作る円の中心位置Ω1が求められ、同様に離散点の軌跡224を円弧近似することにより第2の基準球SR2が作る円の中心位置Ω2が得られる。ここで、Z1が十分小さければ、Ω1を回転中心Oとすることができる。また、Z1が既知であれば、Ω1のZ方向成分(すなわちΩz)からZ1を差し引いたΩ1'(ΩX,ΩY,ΩZ-Z1)が回転中心になる。さらに一般的には、2つの円の中心位置Ω1、Ω2を直線で結び、その直線が回転テーブル180の上面と交差する点が、回転テーブル180の回転中心Oになる。求めた回転中心Oは、基準回転中心O(XR0、YR0、ZR0)として、制御・演算装置210に記憶される。
As shown in FIG. 2(b), the rotary table 180 is rotated to obtain the center positions ω 1 and ω 2 of the first and second reference spheres S R1 and S R2 at a plurality of positions. The number of measurement positions is at least 3 or more, preferably about 6 to 12. If the intervals of the circumferential direction angle θ between the measurement positions are made substantially equal, the measurement error can be reduced. The center position ω 1 of the first reference sphere S R1 is represented by π 1i (i= 1 , . It is represented by π 2i (i=1, . . . m: m is the number of measurement points) in spatial representation. A
校正工程において、第1、第2の基準球SR1、SR2の中心位置ω1、ω2を求める際には、当接型の測定プローブ22を用いる場合には図2(a)に示すように、基準球SR1、SR2の周囲に測定プローブ22を当接させ、基準球SR1、SR2の周囲の3点以上の点で測定プローブ22の座標を計測することにより求まる。ここで、基準球SR1、SR2の中心位置ω1、ω2は、予め知られた直径値(直径固定フィット)を利用して、求めても良いが、プローブ22の直径が誤差を含むことも想定されるので、基準球SR1、SR2の表面を4点以上あるいは倣い測定で基準球SR1、SR2の表面を万遍なく多点測定し、直径フリーフィットで基準球SR1、SR2の中心座標を求める方が好ましい。
測定プローブ22の直径と基準球SR1、SR2の直径φDR1、φDR2を既知とすることで、これにより後述する人手を介さない自動測定が可能になり、測定の効率化が図られる。なお、上記校正の第1、第2のステップは、予めプログラミングすることにより、自動測定が可能である。校正の第2のステップが終了したら、第1、第2の基準球SR1、SR2は回転テーブル180から取り外される。これにより、ワークWの三次元測定を支障なく実行することが可能になる。
In the calibration process, when the center positions ω 1 and ω 2 of the first and second reference spheres S R1 and S R2 are obtained, the contact
By making known the diameter of the
<校正の第3のステップ>
以降の校正ステップでは、第3の基準球SR3を使用する。第3の基準球SR3の設置は手動に頼らざるを得ないが、第3の基準球SR3を用いた位置測定に関しては自動測定と手動測定の両方法が可能である。第3の基準球SR3は、第1の基準球SR1と同一であってもよいが、その直径φdR3(=φD)は事前の測定または製作設計値などにより、既知である。初めに、校正の第2のステップに連続して行う、第3の基準球SR3の初期位置測定について説明する。
<Third step of proofreading>
The subsequent calibration steps use the third reference sphere SR3 . Installation of the third reference sphere SR3 must be done manually, but both automatic and manual measurement methods are possible for position measurement using the third reference sphere SR3 . The third reference sphere S R3 may be the same as the first reference sphere S R1 , but its diameter φd R3 (=φD) is known from previous measurements or manufacturing design values. First, the initial position measurement of the third reference sphere SR3 that follows the second calibration step will be described.
図3は、第3の基準球SR3を用いて自動で校正する場合を説明する図であり、同図(a)は、第3の基準球SR3を設置した状態を示す模式斜視図である。同図(b)は、回転テーブル180の中心Oから第3の基準球SR3までの距離を示す図であり、距離のx-y平面成分Lを示している。同図(c)は、第3の基準球SR3の測定位置を示す図である。 FIG. 3 is a diagram for explaining the case of automatic calibration using the third reference sphere SR3 . FIG. 3(a) is a schematic perspective view showing the state in which the third reference sphere SR3 is installed. be. FIG. 4(b) shows the distance from the center O of the rotary table 180 to the third reference sphere SR3 , and shows the xy plane component L of the distance. FIG. 1(c) shows the measurement position of the third reference sphere SR3 .
回転テーブル180の回転中心Oから偏心した位置であって、できるだけ回転テーブル180の上面に近接して、第3の基準球SR3を有する第3の校正治具16を設定する。第3の校正治具16の設定要件は、基準球SR3の回転テーブルにおける半径方向位置及び高さが第1の校正治具12とほぼ同様であることにあるので、第3の校正治具16を第1の校正治具12で兼用してもよい。第3の校正治具16が設定されたので、回転テーブル180の回転の基準位置θ0を、三次元測定機100の定盤150に設定する。この基準位置をθ0=0°とする。基準位置は、任意位置に設定可能である。
A
次に回転テーブル180を回転して、基準位置0°に設定し、第3の基準球SR3の中心位置P(x、y、z)を計測する。得られた第3の基準球SR3の中心位置をP0(X1、Y1、Z1)として、制御・演算装置210に記憶する。
Next, the rotary table 180 is rotated to set the reference position to 0°, and the center position P (x, y, z) of the third reference sphere SR3 is measured. The obtained center position of the third reference sphere S R3 is stored in the control/
次に、ワークWの測定を所定回繰り返した後や測定環境が変化した後等に、三次元測定機100が備える各軸のインクレメンタル方式の計測器の原点を確認および修正するために、三次元測定機100に対して原点復帰の動作を実行する。これは、通常電源切断前後や、ワークWの1バッチ分の計測が終了して一段落した後等に実行する、日常的な校正(以下日常校正とも称す)である。なお、原点復帰は必ずしも三次元測定機100の3軸すべてについて実行する必要はなく、移動頻度の高かった1軸についてだけ原点復帰させてもよい。
Next, after repeating the measurement of the workpiece W a predetermined number of times or after the measurement environment changes, etc., a tertiary The origin return operation is executed for the
<校正の第4のステップ>
三次元測定機100の少なくとも1軸について原点復帰させると、回転テーブル180の原点復帰した軸に関する成分が不明となる。例えば、測定終了直後の原点復帰前の回転テーブル180の中心位置O(a1,YR0,ZR0)をX軸原点復帰すると、回転テーブル180の中心位置のX座標はa1とは異なる値になる。ただし、原点復帰や環境変化による中心座標の変化は、自動測定時にプローブを近接及び当接が不可能になるほどにはずれることはない。
<Fourth step of proofreading>
When at least one axis of the three-
第3の基準球SR3を、回転テーブル180の上面近傍で、中心から偏心した位置に取り付ける。基準球SR3をワークWの測定に影響を及ぼさない回転テーブル180上に配置できれば、初期校正状態と同一状態であるから最も好ましい。つまり、回転テーブル上面近傍では、回転テーブルの回転による歳差運動などの誤差要因が小さいことが期待されるため、正確に回転テーブルの回転中心位置Oを求められることが期待される。しかしながらそのように基準球SR3を配置することが困難な場合には、再現性高く第3の基準球SR3を配置できる位置に取り外し可能に設定することが現実的である。また、第3の基準球SR3を第1の基準球SR1で兼用することも可能であり、その場合、第1の基準球SR1の測定結果の一部を第3の基準球SR3の初期値とすれば工程数を少なくすることができる。 A third reference sphere SR3 is attached near the upper surface of the rotary table 180 at a position eccentric from the center. If the reference sphere SR3 can be arranged on the rotary table 180 which does not affect the measurement of the workpiece W, it is the same state as the initial calibration state, which is most preferable. That is, in the vicinity of the upper surface of the turntable, error factors such as precession due to rotation of the turntable are expected to be small, so it is expected that the rotation center position O of the turntable can be obtained accurately. However, if it is difficult to arrange the reference sphere SR3 in this way, it is realistic to detachably set the third reference sphere SR3 at a position where it can be arranged with high reproducibility. Also, it is possible to use the first reference sphere SR1 as the third reference sphere SR3 . , the number of steps can be reduced.
以下は、自動校正の場合を示す。第3の基準球SR3の中心座標を測定するために、三次元測定機100に記憶している第3の基準球SR3の想定位置に基づいて、測定プローブ22を自動で移動させる。第3の基準球SR3を用いた校正開始前に第3の基準球SR3の中心位置Pとして利用できるのは、初期校正時に得た回転テーブル180の回転中心Oと第3の基準球SR3の回転中心位置ω3からの距離Lおよび基準球SR3の高さ方向位置である。これより、第3の基準球SR3の想定中心位置P(X,Y,Z)は、
X=XR0+LCOS(θ-θ0)、Y=YR0+LSIN(θ-θ0)、Z=Z1
と表すことができる。
The following shows the case of automatic calibration. In order to measure the center coordinates of the third reference sphere SR3 , the
X=X R0 +LCOS(θ-θ 0 ), Y=Y R0 +LSIN(θ-θ 0 ), Z=Z 1
It can be expressed as.
ここで、L、θは図3(b)に示すように、それぞれ第3の基準球SR3の回転テーブル180の回転中心Oからの距離のx-y平面成分および回転テーブル180の回転角度である。θ0は、初期校正時に第3の基準球SR3の中心位置Pを測定した角度位置であり、初期校正時に基準位置(0°)で測定していたのであれば、θ0は0°である。また、回転テーブル180の高さ方向には、ワークWの測定前後で変化がないものとしている。回転テーブル180の回転角度θを変化させて三次元測定機100の制御・演算装置210が第3の基準球SR3の想定位置を演算および記憶し、以下の測定を実行する。
Here, L and θ are the xy plane component of the distance of the third reference sphere S R3 from the rotation center O of the
回転テーブル180の回転角度θが回転対称となる2点に測定プローブ22を接近及び当接させ、第3の基準球SR3の中心位置Pを測定する。得られる2点の座標は、P1(X2,Y2,Z2)、P2(X3,Y3,Z3)である。この各点の座標値は、原点復帰後の測定値である。なお、回転テーブル180の測定点を異なる3点以上とすれば、回転テーブル180の回転方向(θを変えた)の測定位置は、回転対称な2点を含む必要はない。回転対称な2点とするのは、測定回数を最小にする場合であるから、測定回数もしくは測定時間を減らす要求が高い場合には2点の測定で済む回転対称な2点での測定とし、回転対称位置を設定するのに多大な作業を必要とするときには、任意の異なる3点以上で測定するのがよい。
The
回転対称な2点における第3の基準球SR3の中心位置P1、P2が求められたので、幾何学的関係から回転テーブル180の中心Oが求められる。すなわち校正後の回転テーブル180の回転中心O(XR1、YR1、ZR1)の各軸成分は、
XR1=(X2+X3)/2、YR1=(Y2+Y3)/2、ZR1=(Z2+Z3)/2
となり、これらの値を制御・演算装置210に記憶し、以後のワークWの測定に用いる。なお、回転テーブル180の中心から偏心した位置に基準球SR3を設置すれば、回転テーブル180の回転対称位置で基準球SR3を測定するだけでよい。つまり、周方向位置2か所だけの測定で済むようになる。またこの測定では、基準球SR3を倣い測定することが基準球SR3の中心を求める際にばらつきを抑えられるので望ましい。
Since the center positions P 1 and P 2 of the third reference sphere S R3 at the two rotationally symmetric points have been obtained, the center O of the rotary table 180 can be obtained from the geometrical relationship. That is, each axial component of the rotation center O (X R1 , Y R1 , Z R1 ) of the rotary table 180 after calibration is
X R1 =(X 2 +X 3 )/2, Y R1 =(Y 2 +Y 3 )/2, Z R1 =(Z 2 +Z 3 )/2
These values are stored in the control/
回転テーブル180は、三次元測定において、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向に移動(直動)するものの、全体としては各軸に対して傾きを変えて移動することはない。したがって、回転テーブル180の回転軸ARは、そのベクトル方向を変化させることはなく、これは原点復帰作業により影響されない。回転テーブル180の中心座標Oの校正が完了したので、第3の基準球SR3を回転テーブル180から必要に応じて取り外し、ワークWを回転テーブル180に載置して、三次元測定機100による測定を開始する。ここで第3の基準球SR3を取り外す必要があるのは、ワークWと干渉する場合等である。 In the three-dimensional measurement, the rotary table 180 moves (directly moves) in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, but does not change the inclination with respect to each axis as a whole. Therefore, the rotation axis AR of rotary table 180 does not change its vector direction, which is unaffected by the homing operation. After the calibration of the central coordinate O of the rotary table 180 is completed, the third reference sphere SR3 is removed from the rotary table 180 as necessary, the workpiece W is placed on the rotary table 180, and the Start measurement. Here, it is necessary to remove the third reference sphere SR3 when it interferes with the workpiece W or the like.
以上が自動校正の場合であるが、手動校正する他の実施例を以下に説明する。自動校正でも手動校正でも、この日常校正前に第3の基準球SR3を回転テーブル180に取り付ける、および日常校正後に回転テーブル180から取り外すのは同じである。ただし手動の場合、第3の基準球SR3を取り付ける時期は、三次元測定機100の原点復帰作業後でもよい。手動校正が自動校正と異なる主要な点は、第3の基準球SR3に測定プローブ22を接近させる動作においてである。
手動校正では測定プローブ22が第3の基準球SR3に接近するのを目視等で確認できるので、測定プローブ22が接触式プローブの場合には、オペレータがジョイスティックを用いてプローブ22を操作し、第3の基準球SR3の表面へ測定プローブ22の表面を当接させる。測定プローブ22が光学式等の非接触式プローブの場合には、目視でプローブ22を第3の基準球SR3の表面に近接させる。
また、3点以上の測定であれば回転対称位置を正確に求める必要もないので、熟練者であれば自動校正と同程度の測定時間で実行できる。測定プローブ22を第3の基準球SR3に当接させた以後の測定および回転テーブル180の中心位置Oの演算は、上記実施例と同様に行われる。
The above is the case of automatic calibration, but another embodiment of manual calibration will be described below. Whether the automatic calibration or the manual calibration, attaching the third reference sphere SR3 to the rotary table 180 before this daily calibration and removing it from the rotary table 180 after the daily calibration are the same. However, in the case of manual operation, the third reference sphere SR3 may be attached after the three-
In manual calibration, it is possible to visually confirm that the
In addition, if three or more points are measured, it is not necessary to accurately obtain the rotationally symmetrical positions, so that a skilled person can perform the measurement in the same amount of time as the automatic calibration. After the
第3の基準球SR3を用いて日常校正を自動で行う、さらに他の実施例を、図4を用いて以下に説明する。ここで、図4(a)は日常校正前の状態を示し、図4(b)は日常校正中の状態を示す。本実施例が初めに示した実施例と異なるのは、第3の基準球SR3を初期校正後も取り外すことなくワークWの測定が可能な場合に適用することにある。具体的には、第3の基準球SR3を、回転テーブル180の中心Oまたはその近傍に配置する。可能な限りの近傍に設置することで、この基準球SR3の中心座標の変化は、原点復帰や環境変化による回転中心の変化と見なすことができる。つまり、回転中心から離れた位置に基準球SR3を設置すると、回転中心の変化以外の回転テーブル180の熱膨張などの誤差要因により、基準球SR3の位置が変化するので、正確には測定できない。また、この測定において、倣い測定は多点の測定点を取り込むため、ばらつきを極力排除した正確な中心座標を得るのに極めて有効である。そして、ワークWやワーク固定治具等と干渉せず、いつでも第3の基準球SR3を用いた日常校正が実施可能になっている。また、この測定においても、測定のばらつきの影響を抑えるため倣い測定が望ましいのは言うまでもない。
Still another embodiment in which daily calibration is automatically performed using the third reference sphere SR3 will be described below with reference to FIG. Here, FIG. 4(a) shows the state before daily calibration, and FIG. 4(b) shows the state during daily calibration. This embodiment differs from the first embodiment in that it is applied to the case where the workpiece W can be measured without removing the third reference sphere SR3 after the initial calibration. Specifically, the third reference sphere SR3 is placed at or near the center O of the rotary table 180 . By installing it as close as possible, a change in the center coordinates of the reference sphere SR3 can be regarded as a change in the rotation center due to return to origin or environmental changes. In other words, if the reference sphere SR3 is placed at a position away from the center of rotation, the position of the reference sphere SR3 will change due to error factors such as thermal expansion of the
温度ドリフト等で三次元測定機100の少なくとも1軸を原点復帰させた後の日常校正において、初期校正時に測定した位置で第3の基準球SR3の中心位置Pを測定するだけで、回転テーブル180の中心位置Oを求める。原則自動校正であるので、初めの実施例と同様に、測定プローブ22を接近させる第3の基準球SR3の想定位置が必要となる。第3の基準球SR3の想定位置(1つの基準位置)として、初期測定で測定した中心位置P0(X1、Y1、Z1)を用いる。回転テーブル180の回転角度θを、第3の基準球SR3を用いて初期校正した角度位置θ0に設定する。この回転角度θ0で測定プローブを用いて第3の基準球SR3の中心位置P1(X2、Y2、Z2)を測定する。制御・演算装置210は、初期校正時の中心位置P0(X1、Y1、Z1)と原点復帰動作があった後の中心位置P1(X2、Y2、Z2)、および初期校正時の回転テーブルの中心位置O(XR0、YR0、ZR0)から、校正後の回転テーブル180の回転中心位置O(XR1、YR1、ZR1)を、次式で演算する。
XR1=XR0+(X2-X1)、YR1=YR0+(Y2-Y1)、ZR1=ZR0+(Z2-Z1)
回転テーブル180の回転軸ARは、上述と同様の理由で初期校正時と同一ベクトルである。これらの測定及び演算値を制御・演算装置210に記憶し、以後、ワークWの三次元測定を実行する。
In daily calibration after at least one axis of the three-
X R1 = X R0 + (X 2 - X 1 ), Y R1 = Y R0 + (Y 2 - Y 1 ), Z R1 = Z R0 + (Z 2 - Z 1 )
The rotation axis AR of the rotary table 180 is the same vector as at the time of initial calibration for the same reason as described above. These measurements and calculated values are stored in the control/
上記各実施例を踏まえた、本発明に係る校正方法のフローチャートを、図5に示す。このフローチャートでは、三次元測定機100の(X、Y、Z)軸の少なくとも1軸について原点復帰させる場合を例にとるが、温度ドリフト等でインクレメンタル方式の測定機の原点が変化した場合に校正を実行する場合も同様である。なお、このフローチャートでは、ステップS544がステップS540の後にも設けられているが、ステップS522の後でも良い。
FIG. 5 shows a flow chart of the calibration method according to the present invention based on the above embodiments. This flow chart takes as an example the case where at least one of the (X, Y, Z) axes of the three-
三次元測定機100が導入されると、最初に初期設定が実行される。なお、ここでは初期設定を最初の導入時の場合について示すが、装置の大幅な変更や年に一度の定期検査等で実行する校正も初期設定に含まれる。ステップS502において、回転テーブル180に、径が既知の第1、第2の基準球SR1,SR2を設置する。第1の基準球SR1は回転テーブル180の上面に近接し、第2の基準球SR2は回転テーブル180から上方に離れた位置に設置する。
When the three-
次いで、回転テーブル180を回転し、回転角度θの複数か所、好ましくは6~12か所で第1、第2の基準球SR1、SR2の中心位置ω1、ω2を測定する(ステップS504)。第1、第2の基準球SR1、SR2の中心位置ω1、ω2の測定値π1i、π2iから第1、第2の基準球SR1、SR2の軌跡円222、224を近似し、軌跡円の中心位置Ω1、Ω2を制御・演算装置210が演算して求める(ステップS506)。2点Ω1、Ω2を通る直線が回転テーブル180の上面と交差する点を、回転テーブル180の回転中心O(XR0,YR0,ZR0)として演算して、記憶する(ステップS508)。基準球SR1が十分回転テーブル180に接近している場合は、Ω1の中心座標を回転中心O(XR0,YR0,ZR0)としても差支えない。このとき、2点Ω1、Ω2を通る直線のベクトルを、回転テーブル180の回転軸ベクトルARとして記憶する。以後の校正においては、回転軸ベクトルARは、不変として取り扱う。回転テーブル180の初期校正作業が終了したので、測定の邪魔になる第1、第2の基準球SR1、SR2を回転テーブル180から取り外す(ステップS510)。以上のステップS502~S510が、本発明で述べる初期校正である。
Next, the rotary table 180 is rotated to measure the center positions ω 1 and ω 2 of the first and second reference spheres S R1 and S R2 at a plurality of positions, preferably 6 to 12 positions, of the rotation angle θ ( step S504). Locus circles 222 and 224 of the first and second reference spheres S R1 and S R2 are obtained from the measured values π 1i and π 2i of the center positions ω 1 and ω 2 of the first and second reference spheres S R1 and S R2 . By approximation, the control/
次に、ステップS512で、直径既知の第3の基準球SR3を準備する。第3の基準球SR3は、第1の基準球SR1と同一のものであってもよい。第3の基準球SR3は日常校正に用いるものであり、この第3の基準球SR3を用いた校正の方法の違いにより、3つの方法に大別される。その区分の一つが、第3の基準球SR3を常設できるか否かである(ステップS514)。第3の基準球SR3を回転テーブル180上に常設できる場合はステップS516に進む。回転テーブル180の上面にはワークWが載置されるので、第3の基準球SR3を回転テーブル180上に常設できない場合が多い。その場合は、ステップS530に進む。 Next, in step S512, a third reference sphere SR3 with a known diameter is prepared. The third reference sphere SR3 may be identical to the first reference sphere SR1 . The third reference sphere SR3 is used for routine calibration, and there are three different methods of calibration using the third reference sphere SR3 . One of the divisions is whether or not the third reference sphere SR3 can be permanently installed (step S514). If the third reference sphere SR3 can be permanently installed on the rotary table 180, the process proceeds to step S516. Since the workpiece W is placed on the upper surface of the rotary table 180, the third reference sphere SR3 cannot be permanently installed on the rotary table 180 in many cases. In that case, the process proceeds to step S530.
日常校正を簡略に実行するか時間をかけて正確にする実行するか(ステップS516)で2つ目の区分がある。自動化のために正確な校正を期する場合には本発明の最初の実施例に相当し、自動化に必要な準備のために、日常校正の前にデータ取得をする。具体的にはステップS520に進み、回転テーブル180上であって回転テーブル180に接近してかつ回転中心Oから外れた位置に、第3の基準球SR3を配設する。第3の基準球SR3を回転テーブル180の任意の回転角度θ0の位置で測定し、制御・演算装置210に記憶する(ステップS522)。ステップS520は、日常校正の準備段階を構成する。
There is a second division depending on whether the daily calibration is to be performed simply or to be made accurate over time (step S516). This corresponds to the first embodiment of the present invention when accurate calibration is expected for automation, and data acquisition is performed before daily calibration for preparation necessary for automation. Specifically, the process proceeds to step S520, and a third reference sphere SR3 is disposed on the
ステップS530は、三次元測定機100の本来の使用法である、ワークWの測定である。厳密にはステップS530は、回転テーブル180の校正には含まれない。上述したように、日常校正は、ワークの1バッチまたは数バッチ終了後、1日の作業開始時等に、三次元測定機100が備える(X,Y,Z)軸の原点復帰に伴い実行される。以下ステップS540~S550が、本実施例における日常校正を構成する。
Step S530 is the measurement of the workpiece W, which is the original usage of the three-
原点復帰をする場合には、ステップS540に進み、(X,Y,Z)軸の少なくとも1軸を原点復帰させる。自動校正のためには測定プローブ22を第3の基準球SR3の近接まで接近させる必要があるが、第3の基準球SR3の位置は原点復帰により正確な位置となっていないので、ステップS522で記憶したデータを使用し、前述の想定中心位置Pとして演算する(ステップS544)。
When returning to the origin, the process proceeds to step S540, and at least one of the (X, Y, Z) axes is returned to the origin. For automatic calibration, it is necessary to bring the
接触型の測定プローブ22では、測定プローブを第3の基準球SR3に当接させて第3の基準球SR3の中心位置Pを測定する。非接触型では第3の基準球SR3の近傍での出力から第3の基準球SR3の中心位置を検出する。回転テーブルの回転角度θに関して、回転対称な2か所の位置で、第3の基準球SR3の回転中心位置P1、P2を測定する(ステップS546)。
The contact-
回転対称な回転角度θで測定された第3の基準球SR3の回転中心位置P1、P2から、回転テーブル180の中心位置Oを、(P1+P2)/2として演算し、制御・演算装置210に記憶する(ステップS548)。以後のワークWの測定では、この回転テーブル180の中心位置O(XR1、YR1,ZR1)を基準に測定を実行する。 From the rotation center positions P 1 and P 2 of the third reference sphere S R3 measured at the rotationally symmetrical rotation angle θ, the center position O of the rotary table 180 is calculated as (P 1 +P 2 )/2, and controlled. - Store in the arithmetic unit 210 (step S548). In subsequent measurements of the workpiece W, measurements are performed with reference to the center position O (X R1 , Y R1 , Z R1 ) of the rotary table 180 .
ステップS514において、第3の基準球SR3の非常設を選択すると、上記2番目の実施例になり、ステップS530に進む。ステップS530ではワークWについて三次元測定する。ワークWの測定が終了したまたは測定作業を開始するときに、X移動体、Y移動体、Z移動体の少なくとも1軸の移動体が原点復帰される(ステップS570)と、日常校正を実行するためにステップS572に進む。自動校正の場合と同様に、第3の基準球SR3を回転テーブル180上に設置し(ステップS572)、第3の基準球SR3の中心位置P1、P2を回転対称な2つの回転角度θで測定する(ステップS574)。回転テーブル180の中心位置Oを、(P1+P2)/2として演算し、制御・演算装置210に記憶する(ステップS576)。その際、回転中心軸ベクトルARは変更しない。その後、回転テーブル180から第3の基準球SR3を取り外す(ステップS578)。ステップS572~S578は、この実施例における日常校正を構成する。 If, in step S514, the temporary setting of the third reference sphere SR3 is selected, the above second embodiment is reached, and the process proceeds to step S530. In step S530, the workpiece W is three-dimensionally measured. When the measurement of the workpiece W is completed or the measurement work is started, at least one of the X moving body, the Y moving body, and the Z moving body is returned to the origin (step S570), and daily calibration is performed. Therefore, the process proceeds to step S572. As in the case of automatic calibration, the third reference sphere S R3 is placed on the rotary table 180 (step S572), and the center positions P 1 and P 2 of the third reference sphere S R3 are set to two rotationally symmetrical rotations. The angle θ is measured (step S574). The center position O of the rotary table 180 is calculated as (P 1 +P 2 )/2 and stored in the control/calculation device 210 (step S576). At that time, the rotation center axis vector AR is not changed. After that, the third reference sphere SR3 is removed from the rotary table 180 (step S578 ). Steps S572-S578 constitute daily calibration in this embodiment.
ステップS516において、第3の基準球SR3を用いた測定が1回の簡易校正を選択すると、上記最後の例に相当し、ステップS526に進む。初めの2つの実施例とは異なり、第3の基準球SR3を回転テーブル180の回転中心0またはその近傍に設置する。次に、回転テーブル180の任意の回転角度θ0で第3の基準球SR3の中心位置P1(X1,Y1,Z1)を測定し、制御・演算装置210に記憶する(ステップS528)。ワークWの測定(ステップS530)が終了後に、(X,Y,Z)テーブルの少なくとも1軸を原点復帰(ステップS560)させ、先に第3の基準球SR3の中心位置P1を測定したのと同一の回転角度θ0で、第3の基準球SR3の中心位置P2(X2,Y2,Z2)を測定し制御・演算装置210に記憶する(ステップS562)。次いで、これらのデータを用いて、制御・演算装置210が、回転テーブルの中心O(XR1,YR1,ZR1)を、XR1=XR0+(X2-X1)等の式を用いて演算し記憶する(ステップS564)。これで日常校正は終了する。本例では、ステップS560~ステップS564が日常校正を構成する。
In step S516, if simple calibration with one measurement using the third reference sphere SR3 is selected, this corresponds to the last example above, and the process proceeds to step S526. Unlike the first two embodiments, the third reference sphere SR3 is placed at or near the center of rotation 0 of the rotary table 180. FIG. Next, the center position P 1 (X 1 , Y 1 , Z 1 ) of the third reference sphere S R3 is measured at an arbitrary rotation angle θ 0 of the rotary table 180 and stored in the control/arithmetic device 210 (step S528). After the measurement of the workpiece W (step S530) is completed, at least one axis of the (X, Y, Z) table is returned to the origin (step S560), and the center position P1 of the third reference sphere SR3 is measured first . At the same rotation angle θ 0 as 1, the center position P 2 (X 2 , Y 2 , Z 2 ) of the third reference sphere S R3 is measured and stored in the control/arithmetic device 210 (step S562). Then, using these data, the control/
以上説明したように、本発明の各実施例によれば、少ない時間または少ない工数で日常校正を容易に実施でき、常時、高品質な三次元測定を可能にする。また、第1の基準球と第3の基準球は同一のものを使用可能なので、新たに構成用の治具等を不要とし、校正装置が簡単になる。さらに、測定対象ワークの種類に応じた三次元測定機の校正も可能であるし、逆にあらゆるワークの種類に対して1種類の校正治具だけを使用して三次元測定機を校正することもできる。 As described above, according to each embodiment of the present invention, daily calibration can be easily performed in a short time or a small number of man-hours, and high-quality three-dimensional measurement can always be performed. In addition, since the same reference sphere can be used as the first reference sphere and the third reference sphere, a new jig or the like for construction is not required, and the calibrating device can be simplified. Furthermore, it is possible to calibrate the coordinate measuring machine according to the type of workpiece to be measured, or conversely, calibrate the coordinate measuring machine using only one type of calibration jig for all types of workpieces. can also
12…(第1の)校正治具、14…(第2の)校正治具、16…(第3の)校正治具、22…測定プローブ、100…三次元測定機、110…X軸ガイド、120…Zキャリッジ、130…Yキャリッジ、140…Y軸ガイド、150…定盤、160…Yキャリッジ、170…Y軸ガイド、180…回転テーブル(ロータリテーブル)、190…プローブホルダ、192…プローブ、210…制御・演算装置、222…(第1の基準球の)中心の軌跡、224…(第2の基準球の)中心の軌跡、AR…(回転テーブルの)回転中心軸(ベクトル)、dR1、dR2…(第1、第2の基準球の)直径、D…(第3の基準球の)直径、O…回転中心(位置)、L…(中心Oからの)距離(x-y平面成分)、P、P1、P2…(第3の基準球の)中心位置、SR1、SR2、SR3…基準球、W…ワーク、π1i、π2i…(計測した第1、第2の基準球の)中心、ω1、ω2…(第1、第2の)基準球の中心位置、Ω1、Ω2…(第1、第2の基準球の中心)軌跡の中心位置 12... (first) calibration jig, 14... (second) calibration jig, 16... (third) calibration jig, 22... measurement probe, 100... three-dimensional measuring machine, 110... X-axis guide , 120...Z carriage, 130...Y carriage, 140...Y-axis guide, 150...Surface plate, 160...Y carriage, 170...Y-axis guide, 180...Rotary table (rotary table), 190...Probe holder, 192...Probe , 210... control/arithmetic unit, 222... trajectory of the center (of the first reference sphere), 224 ... trajectory of the center (of the second reference sphere), AR... rotation center axis (vector) of the rotary table , d R1 , d R2 . . . (first and second reference sphere) diameters, D . xy plane component ), P , P 1 , P 2 . ω 1 , ω 2 . . . Center positions of (first and second) reference spheres, Ω 1 , Ω 2 . ) locus center position
Claims (7)
前記移動体の原点復帰により原点位置を設定する初期設定の第1のステップと、
前記移動体の原点位置の初期値に対応する前記回転テーブルの中心位置の初期値および前記回転テーブルの回転軸を求め記憶する初期設定の第2のステップと、
前記移動体を駆動後に前記移動体の少なくとも1軸を原点に復帰させる原点復帰の第3のステップと、
前記移動体の原点復帰に応じて前記回転テーブルの中心位置を更新する第4のステップを備え、
前記第4のステップは、前記回転テーブルを回転駆動して前記回転テーブルの少なくとも2つの周方向位置で、前記回転テーブル表面近傍に配設された直径既知の基準球の中心位置を求めるステップと、
前記基準球についての少なくとも2点の中心位置から前記回転テーブルの中心位置を求め、前記第2のステップで記憶された回転テーブルの中心位置の初期値を更新するステップを含む、ことを特徴とする形状測定機の校正方法。 A method for calibrating a shape measuring machine including a surface plate, a movable body having at least one axis capable of linear movement with respect to the surface plate, and a rotary table rotatable with respect to the surface plate,
a first initial setting step of setting an origin position by returning the moving body to the origin;
a second initial setting step of obtaining and storing an initial value of the center position of the rotary table and a rotation axis of the rotary table corresponding to the initial value of the origin position of the moving body;
a third origin return step of returning at least one axis of the moving body to the origin after driving the moving body;
A fourth step of updating the center position of the rotary table according to the return to origin of the moving body;
the fourth step is a step of rotationally driving the turntable to determine the center position of a reference sphere with a known diameter disposed near the surface of the turntable at at least two circumferential positions of the turntable;
determining the center position of the turntable from the center positions of at least two points on the reference sphere, and updating the initial value of the center position of the turntable stored in the second step. How to calibrate a shape measuring machine.
前記第4のステップ実行時に、前記回転テーブルを駆動して回転対称にある2つの周方向位置において前記基準球の中心位置を求め、その際記憶された前記基準球の中心位置の初期値に基づいて測定プローブを接近させ配置して前記基準球の中心位置を求め、求めた2つの中心位置に基づいて前記回転テーブルの新たな中心位置を求め、前記第2のステップで求めた回転テーブルの中心位置を新たな中心位置で更新し記憶することを特徴とする請求項1または2に記載の形状測定機の校正方法。 After executing the second step and before executing the third step, disposing the reference sphere with a known diameter in the vicinity of the surface of the rotary table and obtaining and storing an initial value of the center position thereof;
When executing the fourth step, the rotary table is driven to obtain the center position of the reference sphere at two rotationally symmetrical positions in the circumferential direction, and based on the stored initial value of the center position of the reference sphere. The center position of the reference sphere is obtained by arranging the measurement probes closer to each other, the new center position of the rotary table is obtained based on the two obtained center positions, and the center of the rotary table obtained in the second step is obtained. 3. The method of calibrating a shape measuring machine according to claim 1, wherein the position is updated with a new center position and stored.
前記第4のステップ実行時に、前記回転テーブルを駆動して異なる3つ以上の周方向位置において前記基準球の中心位置を求め、その際記憶された前記基準球の中心位置の初期値に基づいて測定プローブを接近させ配置して前記基準球の中心位置を求め、前記基準球の求めた3つ以上の中心位置に基づいて前記回転テーブルの新たな中心位置を求め、前記第2のステップで求めた回転テーブルの中心位置をこの新たな中心位置で更新することを特徴とする請求項1または2に記載の形状測定機の校正方法。 After executing the second step and before executing the third step, disposing the reference sphere with a known diameter in the vicinity of the surface of the rotary table and obtaining and storing an initial value of the center position thereof;
When executing the fourth step, the rotary table is driven to obtain the center position of the reference sphere at three or more different circumferential positions, and based on the stored initial value of the center position of the reference sphere at that time The center position of the reference sphere is obtained by arranging the measurement probes closer to each other, the new center position of the rotary table is obtained based on the three or more obtained center positions of the reference sphere, and the second step obtains the center position. 3. The method of calibrating a shape measuring machine according to claim 1, further comprising updating the center position of the rotary table that has been set to the new center position.
前記第4のステップ実行時に、前記回転テーブルを駆動して回転対称にある2つの周方向位置において前記基準球の中心位置を求め、求めた2つの中心位置から前記回転テーブルの新たな中心位置を求め、前記第2のステップで求めた回転テーブルの中心位置を新たな中心位置で更新することを特徴とする請求項1または2に記載の形状測定機の校正方法。 after executing the third step, disposing the reference sphere with a known diameter near the surface of the rotary table;
When the fourth step is executed, the rotary table is driven to obtain the center position of the reference sphere at two rotationally symmetrical circumferential positions, and a new center position of the rotary table is calculated from the obtained two center positions. 3. The method of calibrating a shape measuring machine according to claim 1, further comprising updating the center position of the rotary table determined in the second step with a new center position.
前記第4のステップは、前記回転テーブルの周方向少なくとも異なる2点の代わりに前記回転テーブルの周方向の基準位置1点で前記基準球の中心位置を新たに求め、
前記第2のステップで求めた回転テーブルの中心位置をこの新たな中心位置で更新するものである、ことを特徴とする請求項1または2に記載の形状測定機の校正方法。 The second step includes disposing the reference sphere on the rotary table, measuring and storing an initial value of the center position of the reference sphere at a reference position in the circumferential direction of the rotary table,
the fourth step newly obtains the center position of the reference sphere at one reference position in the circumferential direction of the turntable instead of at least two different points in the circumferential direction of the turntable;
3. The method of calibrating a shape measuring machine according to claim 1, wherein the center position of the rotary table obtained in the second step is updated with this new center position.
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