JP2694986B2 - 座標測定機用校正システム - Google Patents

座標測定機用校正システム

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JP2694986B2
JP2694986B2 JP63509394A JP50939488A JP2694986B2 JP 2694986 B2 JP2694986 B2 JP 2694986B2 JP 63509394 A JP63509394 A JP 63509394A JP 50939488 A JP50939488 A JP 50939488A JP 2694986 B2 JP2694986 B2 JP 2694986B2
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ベックウィズ，ウォルター・エル，ジュニアー
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ブラウン・アンド・シャープ・マニュファクチュアリング・カンパニー
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    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/30—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring roughness or irregularity of surfaces
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates
    • G01B11/005—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates coordinate measuring machines

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は座標測定機に関し、より詳細には測定座標値
の位置依存誤差を補償するための座標測定機用校正シス
テムに関するものである。
発明の背景 座標測定機は機械部品のような被加工物の寸法検査に
用いられる。被加工物は固定台に固定されており、そし
て測定探針は上下方向に可動であり、水平面にも可動な
ラムに固定される。被加工物上のあるポイントの位置を
測定するために、探針は該ポイントに接触され、座標測
定機のｘ、ｙ及びｚ測定スケールが読まれる。２つのポ
イント間の距離を測定するために、該２つのポイントは
連続して接触されて、両ポイントの座標が読まれ、そし
て距離がその座標から計算される。技術水準の座標測定
機は高解像測定システム、電気接触探針、動力駆動装
置、コンピュータ制御駆動装置及びデータのコンピュー
タ収集・処理等の改良点を有している。
座標測定機の精度は、スケールまたは他の測定システ
ムの不正確さにより、また機械運動の直交性を確立する
案内路の欠陥によって制限される。精度を増すための１
つのアプローチとしては誤差が減少されるように単純に
構成技術を改良してシステムの許容差を減少することで
ある。しかし、要求される精度が増加すると誤差の減少
は漸進的に費用がかかる。他のアプローチは機械作業量
を通してのｘ、ｙ及びｚポイント誤差の直接の測定であ
る。このアプローチは、大型機に記憶されなければなら
ない膨大な量のデータとこのようなデータを測定するた
めに必要とされる時間ゆえに非実用的である。第三のア
プローチはパラメータの形式での誤差測定である。即
ち、誤差パラメータのセットが、例えば、３つの相互直
交軸に沿って測定され、将来の使用のために記憶され
る。測定量のなかでのいかなるポイントでのｘ、ｙ及び
ｚ誤差はパラメータ誤差から計算される。次に、計算さ
れた誤差はスケール表示度数から引かれ、実際の被加工
物座標を定める。
座標測定機は探針運動を確立する３セットの案内路を
有する。理想的には、これら案内路のそれぞれに沿う運
動は直線状運動のみに帰着しなければならず、スケール
表示度数は直線の変位と等しいであろう。しかし、現実
には、スケール誤差があり、案内路は完全には直線では
なく、又は完全には捩を避けることができない。本来の
機械には、各案内路に沿う運動中に誤差を生み出す６つ
の自由度がある。運動の各方向としては、３つの直線状
誤差、Dx、Dy及びDzがあり、また３つの回転誤差、Ax、
Ay及びAzがある。これら６つの誤差パラメータは機械運
動の各方向に沿う多数のポイントで測定されることがで
き、その結果は18の誤差パラメータを有する誤差行列と
なる。この18の誤差のパラメータ行列から、測定量中で
のポイントで誤差が計算され得る。
種々の技術がパラメータ誤差の測定に使用されてい
る。レーザ干渉計の技術が高精度の変位誤差測定用とし
てよく知られている。複周波数干渉計の技術は、1974年
２月５日にBaldwinに付与された米国特許第3,790,284号
に開示されているように、真直度及び横転の測定に利用
されている。ステージの傾斜角及び偏揺角を検出するた
めの区分編成光電池を利用するシステムは、1973年２月
６日にMarcyに付与された米国特許第3,715,599号に開示
されている。四象限角運動センサは、1973年10月16日に
Willettに付与された米国特許第3,765,772号に開示され
ている。パラメータ誤差を測定する１つの先行技術アプ
ローチは、ヒューレット−パッカード・レーザ測定シス
テム応用ノート156-4の「機械工具の校正」に記載され
ているヒューレット−パッカード5526Aレーザ測定シス
テムを利用している。このシステムは機械間で移送可能
であるが、機械校正時間は約40時間である。更に、異な
る組立が各測定のために必要とされ、かつ組立誤差は避
けることが困難である。測定機の運動の各軸に沿う６誤
差パラメータ測定システムは、1981年４月14日にColema
n等に付与された米国特許第4,261,107号に開示されてい
る。このシステムは誤差パラーメタの各々を測定するた
めに干渉計の技術を利用しており、したがって、レーザ
光線軸に垂直な変位を測定するために複周波数レーザを
必要とする。その結果、このシステムは複雑であり、費
用がかかる。更に、異なる固定測定構成が機械運動の３
つの軸の各々に利用され、これによりこのシステムの複
雑性と経費を更に付加している。
特定の機械に付随する誤差パラメータは時間的に比較
的一定のままであるため、校正装置を機械に取り付ける
ことができ、校正処理を短時間のうちに行なうことがで
き、更に校正装置を他の機械と使用するために取り除く
ことができる機械校正用方法及び機械を提供することが
望ましい。このような校正システムは高精度の誤差測定
を提供しなければならないし、機械に容易に取り付けら
ればならないし、また使用後に容易に取り外されなけれ
ばならない。校正方法は機械の寿命の間は必要なだけ繰
り返されることができる。
本発明の概括的な目的は改良された座標測定機を提供
することである。
本発明の他の目的は機械内の固定要素に関連する可動
要素の位置を校正する方法及び装置を提供することであ
る。
本発明の更に他の目的は座標測定機の精度を改良する
ための方法及び装置を提供することである。
本発明の更に他の目的は固定要素に関連して可動要素
に付随するパラメータ誤差を測定するための方法及び装
置を提供することである。
本発明の更に他の目的は容易に取付け可能で、かつ取
り外し得る座標測定機用校正システムを提供することで
ある。
本発明の更に他の目的は座標測定機を校正する方法及
び装置を提供することである。
本発明の更なる目的は座標測定機内の運動の３方向の
各々に沿うパラメータ誤差を正確に測定するための方法
及び装置を提供することである。
発明の要約 本発明によれば、これら及び他の目的及び利点は少な
くとも２つ次元において互いに対して可動な第１の要素
及びテーブルとを有する機械における測定パラメータ誤
差を測定するための装置において達成される。この装置
は第１の要素に取付け可能な反射体アッセンブリと、該
テーブルに取付け可能であり少なくとも１つのレーザ光
線を該反射体アッセンブリに向け、該反射体アッセンブ
リから反射したレーザ光線を感知して変位、真直度、傾
斜角、偏揺角及び横転の誤差信号を発生するレーザ測定
アッセンブリと、該レーザ測定アッセンブリを異なる向
きで該テーブルに取り付け、該反射体アッセンブリを異
なる向きで該第１の要素に取り付ける手段とを備えてな
る。反射体アッセンブリ及びレーザ測定アッセンブリは
出射レーザ光線が反射体アッセンブリによって反射され
るレーザ測定アッセンブリに戻されるように各向きで一
列に並べられている。各向きでは、変位、真直度、傾斜
角、偏揺角及び横転の誤差はレーザ光線の方向に沿って
複数の選択された位置で測定される。
本発明の他の態様によれば、互いに対して少なくとも
２つの次元で可動な第１の要素とテーブルとを有する機
械においてパラメータ位置誤差を測定するための方法が
提供される。この方法は、（ａ）反射体アッセンブリを
第１の向きで第１の要素に取り付ける工程と、（ｂ）レ
ーザ測定アッセンブリを反射体アッセンブリに一列に並
んだ第１の向きで少なくとも１つのレーザ光線が測定ア
ッセンブリによって反射体アッセンブリに向けられ、レ
ーザ測定アッセンブリへ反射されて戻されるように取り
付ける工程と（ｃ）レーザ測定アッセンブリに反射され
て戻ったレーザ光線を変位、真直度、傾斜角、偏揺角及
び横転の誤差信号に変換し該誤差信号を記憶する工程
と、（ｄ）レーザ光線の方法に第１の要素及び反射体ア
ッセンブリを反射体アッセンブリがレーザ光線に一列に
並べられて選択された新しい位置に動かす工程と、
（ｅ）レーザ測定アッセンブリへ反射して戻されたレー
ザ光線を変位、真直度、傾斜角、偏揺角及び横転の誤差
信号に変換し該誤差信号を記憶する工程と、（ｆ）レー
ザ光線の方向で多数の選択された新しい位置で上記工程
（ｄ）及び（ｅ）を繰り返す工程と、（ｇ）反射体アッ
センブリを第１の要素に第１の向きに直交する第２の向
きに置く工程と、（ｈ）レーザ測定アッセンブリをテー
ブルに第１の向きと直交する第２の向きで反射体アッセ
ンブリに一列に並ばせて取り付ける工程と、そして
（ｉ）第２の向きで上記（ｃ）から（ｆ）工程を繰り返
す工程とを備えてなる。
上記方法の好ましい実施例において、反射体アッセン
ブリ及びレーザ測定アッセンブリは第１及び第２の向き
が第１及び第２の向きと相互に直交する第３の向きに取
り付けられ、工程（ｃ）から（ｆ）は第３の向き用に繰
り返される。その結果、変位、真直度、傾斜角、偏揺角
及び横転の誤差信号は機械運動の３つの方向の各々のた
めに記憶される。
本発明のまた他の態様によれば、選択された方向に互
いに対して可動な第１の要素及びテーブルとを有する機
械における測定パラメータ誤差を測定するための装置が
提供され、該装置は第１の要素に取付け可能な反射体ア
ッセンブリと、該テーブルに取付け可能であり複数のレ
ーザ光線を該反射体アッセンブリに向け、該反射体アッ
センブリから反射したレーザ光線を感知するレーザ測定
アッセンブリを備えている。該反射体アッセンブリとレ
ーザ測定アッセンブリは選択された方向に沿って変位誤
差を測定する手段と該選択された方向に垂直な２つの方
向における真直度誤差を測定する手段を含んでいる。真
直度測定手段は反射体アッセンブリに取り付けられた再
帰反射体と、レーザ光線をレーザ測定アッセンブリから
再帰反射体に向ける手段と、レーザ測定アッセンブリ内
に位置し４つ象限に区分されてその中心からの反射光線
のずれを感知する光感知器とを備えている。
反射体アッセンブリ及びレーザ測定アッセンブリは更
に、選択された方向に直交する２つの相互直交軸付近の
真直度及び傾斜角を測定する手段を含み、該手段は、反
射体アッセンブリに取り付けられたミラーとレーザ光線
をレーザ測定アッセンブリから該ミラーへ向ける手段
と、レーザ測定アッセンブリ内で４つの象限に区分さ
れ、その中心からの反射された光線のずれを感知する光
感知器とを備えている。
反射体アッセンブリ及びレーザ測定アッセンブリはな
お更に選択された方向付近の横転誤差を測定する手段を
含み、該手段は規定の間隔で離されて反射体アッセンブ
リに取り付けられた一対の再帰反射体と、個々のレーザ
光線をレーザ測定アッセンブリから再帰反射体の各々へ
向ける手段と、レーザ測定アッセンブリ内に位置し選択
された方向に垂直な方向に各々反射光線のずれを感知す
る一対の区分された光感知器とを備えている。横転誤差
は、規定の間隔で分けられた２つの光感知器により感知
されたずれの間の相違に比例する。
本発明の他の態様によれば、互いに対して選択された
方向に可動な第１の要素及びテーブルとを有する機械に
おいて、選択された方向付近の横転誤差を測定するため
の装置が提供され、該装置は第１の要素に取付け可能で
規定の間隔を置いて離された一対の再帰反射体を含む反
射体アッセンブリと、テーブルに取付け可能で一対の間
隔を置いて離された平行レーザ光線を再帰反射体に向け
る手段と選択された方向に垂直な方向で各々の反射光線
の変位ずれを感知する一対の区分された光感知器を含む
レーザ測定アッセンブリと、所定の間隔で分けられた２
つの光感知器により感知されたずれ間の相違から横転誤
差を定める手段とを備えている。
本発明の更なる態様によれば、選択された方向に互い
に対して可動な第１の要素及びテーブルとを有する機械
において、選択された方向に垂直な２つの直交軸付近の
真直度及び横転誤差を測定するための装置が提供されて
いる。該装置は第１の要素に取付け可能な反射体アッセ
ンブリを備え、該反射体アッセンブリに取り付けられた
ミラーと、該テーブルに取付け可能なレーザ光線を該ミ
ラーに向ける手段とその中心からの反射したレーザ光線
の角度ずれを感知する４つの象限に区分された光感知器
を含むレーザ測定アッセンブリと、該ミラーと光感知器
との間の距離によって分けられた光電池によって感知さ
れたずれから真直度と偏揺角を定める手段とを含む。
図面の簡単な説明 本発明の他の目的及び更なる目的、利点及び可能性と
共に本発明をよく理解するために、添付図面が参照され
る。
第１図は先行技術による座標測定機の斜視図。
第２図はｙ−軸校正用に取り付けられた本発明の校正
システムを有する座標測定機の斜視図。
第３図はｚ−軸校正用に取り付けられた本発明の校正
システムを有する座標測定機の斜視図。
第４図はｘ−軸校正用に取り付けられた本発明の校正
システムを有する座標測定機の斜視図。
第５図は本発明の校正システム光学の略斜視図。
第６図は変位誤差を測定するための本発明の校正シス
テムに使用される干渉計の簡単な概略線図。
第７図は真直度を測定するための本発明の校正システ
ムに使用される光学の簡単な概略線図。
第８図は傾斜角及び偏揺角を測定するための本発明の
校正システムに使用される光学の簡単な概略線図。
第９図は横転を測定するための本発明の校正システム
に使用される光学の簡単な概略線図。
第10図はレーザ測定アッセンブリ、反射体アッセンブ
リ及びレーザ測定アッセンブリが取り付けられる取付具
の側面拡大図で、反射体アッセンブリがｙ−軸に沿って
変位するファントムで示されている。
第11図は反射体アッセンブリの正面拡大図。
第12図はファントムに示される反射体アッセンブリと
ともに第10図の12-12線に沿ったレーザ測定アッセンブ
リの正面拡大図。
第13図は第12図の13-13線に沿ったレーザ測定アッセ
ンブリの底面図。
第14図は第12図の14-14線に沿ったレーザ測定アッセ
ンブリの断面図。
第15図は第14図の15-15線に沿ったレーザ測定アッセ
ンブリの後面拡大図で、内部要素を図示するための切取
図。
第16図は第10図の線16-16に沿ったレーザ測定アッセ
ンブリが取り付けられた取付具の平面図。
第17図はレーザ測定アッセンブリの整列用偏心カムの
一部断面拡大図。
発明の詳細な記載 先行技術の移動ブリッジ式座標測定機が第１図に概略
的に示されている。該測定機は、固定機械テーブル12上
に置かれる被加工物の測定に意図されている。該測定機
のｘ、ｙ及びｚ軸が図示されている。ブリッジ14はテー
ブル12上の案内路16に沿ってｙ方向に移動する。キャリ
ジ18はブリッジ14上の案内路に沿ってｘ方向に移動す
る。ラム20はその下端部に取り付けた探針22を有し、キ
ャリジ18内の軸受を介して上下方向に移動する。ブリッ
ジ14とテーブル12間、キャリジ18とブリッジ14間及びラ
ム20とキャリジ18間のスケールシステムが３つの軸方向
における可動要素の位置を示す。被加工物10上のあるポ
イントの座標を測定するために、探針22がこのポイント
に接触される。探針22は接触を感知し、システムコンピ
ュータに読ませ、そして３つのスケールシステム上の読
み取りを記憶させる。移動ブリッジ式座標測定機の例は
Brown and Sharpe製作所で製造される7101-2418型であ
る。本発明の校正システムは大部分の先行技術の座標測
定機に用いることができる。
誤差はスケールシステム内の不正確性によりまた各機
械要素に沿って走行する案内路内の不完全性によってス
ケール表示度数に導入される。各機械要素は規定の方向
に走行するとき６つの成分を有する誤差に影響される。
この６つの成分はｙ方向のブリッジ14の運動に関連して
記載される。６つの誤差成分はまたｘ方向におけるキャ
リジ18の運動及びｚ方向におけるラム20の運動に関連し
ている。第１の誤差成分はｙ方向の運動方向に沿う変位
誤差Dyである。ｘ方向及びｚ方向の変位誤差Dx及びDzは
真直度として一般に知られているもので、これはこれら
変位誤差Dx及びDzが完全には真っ直ぐでない案内路の結
果であるからである。残りの誤差成分は回転に関するも
のである。ｙ軸周りのブリッジ14の回転は横転Ayとして
共通に知られる。ｘ及びｚ軸周りのブリッジ14の回転は
夫々傾斜角Ax及び偏揺角Azとして一般に知られている。
パラメータ誤差を用いる機械の完全な特性を出すには、
運動の角方向に沿う選択された位置での６つの誤差成分
の測定が要求され、その結果18のコラムを有する誤差行
列となる。測定容量における任意のポイントにおける総
合誤差は以下に記載されるようにパラメータ誤差から計
算される。
本発明の校正システムは18の誤差成分の測定用の座標
測定機に取付け可能な装置を提供する。本発明はまた誤
差測定を行う方法を提供する。第２図に示されるよう
に、校正装置は、テーブル12上の固定位置に置かれる取
付具24を含む。校正装置は、更に、３つの異なる向き25
で取付具24に取付け可能なレーザ測定アッセンブリ26を
含む。校正装置は更に３つの異なる向き25でラム20に取
付け可能な反射体アッセンブリ28を含む。
３つの異なる向き25の各々において、レーザ測定アッ
センブリ26は幾つかのレーザ光線を反射体アッセンブリ
28に向ける。レーザ測定アッセンブリ26及び反射体アッ
センブリ28は３つの異なる向き25の各々において一列に
並んでいるので、レーザ光線は反射されてレーザ測定ア
ッセンブリ26に戻され、そして感知される。３つの異な
る向き25の各々において、レーザ測定アッセンブリ26に
より発生したレーザ光線は運動の方向の１つに平行であ
る。第２図に示される向きにおいて、レーザ測定アッセ
ンブリ26及び反射体アッセンブリ28は、ブリッジ14がｙ
方向に動かされたときレーザ光線が反射体アッセンブリ
28の要素との一直線の並びを維持するように整列されて
いる。第３図に示される向きにおいて、レーザ測定アッ
センブリ26と反射体アッセンブリ28は、ラム20がｚ方向
に動かされるときレーザ光線が反射体アッセンブリ28と
の一直線の並びを維持するように整列されている。同様
に、第４図に示される向きにおいて、レーザ測定アッセ
ンブリ26と反射体アッセンブリ28は、キャリジ18がｘ方
向に動かされたときレーザ光線が反射体アッセンブリ28
との一直線の並びを維持するように整列されている。
座標測定機の校正は、第２図に示されるように取付具
24をテーブル12に取り付けることから始まる。取付具24
は所定位置に置かれ、座標測定機の軸と一列にされ、そ
して適所に固定される。レーザ測定ヘッド26はｙ軸測定
用に向き付けされた取付具24の頂部上の位置表示装置上
に置かれる。反射体アッセンブリ28はレーザ測定アッセ
ンブリ26の上の位置表示装置と係合され、そして取付け
ネジで締め付けられる。ラム20はスタート位置迄移動さ
せられ、そして反射体アッセンブリ28に固定される。キ
ャリジ18及びラム20はこれら部材用の案内路にかみ合わ
される。取付けネジが取除かれ、ブリッジ14はｙ方向の
選択された校正位置へ動かされる。校正位置の間隔及び
数は座標測定機の大きさと期待される誤差変化の割合に
依存する。校正位置の典型的な間隔は約１インチであ
る。各位置のために、レーザ測定アッセンブリ26及び座
標測定機のスケールシステムの出力は校正コンピュータ
30により読まれる。これらの出力はｙ軸のパラメータ誤
差を定めるために処理される。
ｚ軸誤差の測定では、レーザアッセンブリ26は第３図
に示されるようにｚ方向測定用に向き付けされる取付具
24の頂部上の位置表示装置の上に置かれる。反射体アッ
センブリ28はレーザ測定アッセンブリ26上の位置表示装
置と係合され、そして取付ネジで固定される。ラム20は
出発位置まで移動され、そして反射アッセンブリ28に固
定される。ブリッジ14及びキャリジ18はこれらの案内路
にかみあわされている。取付ネジは取り除かれ、そして
ラム20がｚ方向に選択された校正位置まで移動させられ
る。ｚ軸のパラメータ誤差は上記のｙ軸誤差の測定と同
様な方法で測定される。
ｘ軸誤差の測定では、レーザ測定アッセンブリ26は第
４図に示されるようにｘ方向測定用に向き付けされる取
付具24の頂部上の位置表示装置の上に置かれる。反射体
アッセンブリ28はレーザ測定アッセンブリ26の位置表示
装置に係合され、そして取付ネジで固定される。ラム20
は出発位置まで移動され、そして反射アッセンブリ28に
固定される。ブリッジ14及びキャリジ18はこれらの案内
路にかみあわされている。取付ネジは取り除かれ、そし
てキャリジ18がｘ方向に選択された校正位置まで移動さ
せられる。ｘ軸のパラメータ誤差は上記のｙ軸誤差の測
定と同様な方法で測定される。
校正コンピュータ30は誤差行列を標準形式に処理し、
コンピュータディスクに記憶する。座標測定機が被加工
物を測定するために使用されるときは、該機械のコンピ
ュータがコンピュータディスクから誤差行列をロードす
る。被加工物上のあるポイントの座標が測定されると
き、座標測定機が誤差行列から対応するパラメータ誤差
を検索し、ｘ、ｙ及びｚ誤差を計算し、そしてこれら誤
差を補正として引く。
レーザ測定アッセンブリ26及び反射体アッセンブリ28
の光学的略線図が第５図に示されている。レーザ測定ア
ッセンブリ26内に取り付けられたレーザ40はレーザ光線
42を供給し、レーザ光線42は数倍に分光されて６つのパ
ラメータ誤差の測定に必要なビームを供給する。レーザ
光線42の一部分は変位誤差測定手段44に供給されるが、
該変位誤差測定手段44は反射体アッセンブリ28上に取り
付けられた再帰反射体46と共同してレーザ測定アッセン
ブリ26に対する反射体アッセンブリ28の実際の変位を測
定する。レーザ測定アッセンブリ26の真直度測定手段48
は、反射体アッセンブリ28上の再帰反射体50と共同し
て、反射体アッセンブリ28がｙ方向に移動させられたと
き、ｘ及びｚ方向の反射体アッセンブリ28の真直度ずれ
Dx及びDzを測定する。レーザ測定アッセンブリ26におけ
る傾斜角及び偏揺角測定手段52は、反射体アッセンブリ
28上のミラー54と共同して、ｘ及びｚ軸回りの反射体ア
ッセンブリ28の回転Ax及びAzを夫々測定する。レーザ測
定アッセンブリ26内の第２の真直度測定手段56及び反射
体アッセンブリ28上に取り付けられた再帰反射体58は第
１の真直度測定手段48と再帰反射体50との組み合わせで
使用され、ｙ軸回りの反射体アッセンブリ28の回転また
は横転Ayを測定する。第５図に示す測定装置は第６図な
いし第９図に関連して記載されており、第６図ないし第
９図は測定手段を容易に理解するために単純化した。
好ましい実施例において、レーザ40は単一の波長を有
する光線42を照射する。本発明の１つの実施例では、レ
ーザプラズマ管はメレス・グリット型05LHPP900ヘリウ
ム−ネオンレーザである。レーザの空胴長さはウォーム
アップ中に増加するので、共振が望ましい単一の波長モ
ードと望ましくない複重波長モードとの間で交互に生じ
る。レーザ40の出力はレーザ管の近傍でヒータを用いる
単一波長モードで安定化される。ヒータはレーザ40の出
力光線を感知することによって制御される。レーザ40は
その空胴内にブルースター角窓を有しており、この空胴
は光線42の偏波面を定置する。光線42は四分の一波長リ
ターダ（retarder）60を通過するが、該リターダ60はそ
の光軸をレーザ40の出力の偏波面に対して45度の角度で
設定されている。レーザ光線の小部分は一部銀色のミラ
ー62によって主光線42から分離され、光感知器64により
感知される。光感知器64からの出力信号はレーザ空胴の
ヒータを制御するが、これはレーザの出力が所望の信号
波長モードが得られる度合の公知の機能であるからであ
る。
レンズ66はミラー62により反射された主光線を拡散
し、そしてレンズ66の下流側のレンズ68は光線を平行に
する。この構成は長距離にわたる光線の分散を減少す
る。ビームスプリッタ70はレンズ68からの光線を２つの
分岐光線、即ちプリズム72によって変位測定手段44と真
直度測定手段48に向けられた第１の分岐光線71及び傾斜
角及び偏揺角測定手段52と第２の真直度測定手段56に向
けられた第２の分岐光線に分ける。ビームスプリッタ74
はプリズム72からの第１の分岐光線71の部分を変位測定
手段44に向ける。ビームスプリッタ74を通過する光線は
プリズム76によって再帰反射体50に向けられ、そして真
直度測定手段48に反射される。ビームスプリッタ78は第
２分岐光線73の部分をビームスプリッタ70からミラー54
に向ける。鏡54からの反射光線は傾斜角及び偏揺角測定
手段52に向かう。ビームスプリッタ78を通過した光線は
プリズム80により光線81として再帰反射体58に向けら
れ、そして第２の真直度測定手段56に反射される。
パラメータ誤差行列における直線状変位誤差はスケー
ル度数とレーザ距離測定との間の相違である。レーザ距
離測定は干渉計を用いてなされる。好ましい干渉計は上
述の円偏波を有する単一の周波数レーザを用いる。しか
し、どのような距離測定干渉計も使用できる。
距離測定干渉計において、レーザ光線は測定光線と基
準光線の２つの部分に分けられる。測定光線路の長さは
被測定距離が変わるにつれて変化する。基準光線路の長
さは定着されている。２つの光線は反射され、結合され
る。これらの光線が位相結合すると、強化して明るい縞
を形成する。これら２つの光線が位相以外で結合する
と、これら光線は相殺し暗い縞を形成する。明るい縞と
暗い縞間の変化の数は距離の測度として計算される。
距離測定用の好ましい干渉計は第６図において単純化
した形式で示される。２つの縞パターン、１つの縞パタ
ーンは光感知器82で、もう１つの縞パターンは光感知器
84で作られる。ビームスプリッタ86及び88は各々一体に
複合された２つの90°プリズムからなっており、１つの
プリズムは結合部を部分反射被覆剤で被覆されている。
被覆剤は混成金属誘電性のものであり、偏波には殆ど影
響のないものである。ビームスプリッタ74から入る光線
90はビームスプリッタ86により２つの部分に分けられ、
第１の部分はビームスプリッタ88に行き、第２の部分91
は再帰反射体46に行く。ビームスプリッタ86からの光線
はビームスプリッタ88によって２つの部分に分けられ、
第１の部分は光感知器82に行き、第２の部分は光感知器
84に行く。再帰反射体46により反射された戻り光線93は
２つの部分に分けられ、第１の部分は光感知器82に行
き、第２の部分は光感知器84に行く。再帰反射体46は反
射体アッセンブリ28内に位置されており、機械ラム20と
ともに動く。第６図に示されるたの成分はレーザ測定ア
ッセンブリ26内に位置されている。
光感知器82には定着長さ基準光線がビームスプリッタ
86からビームスプリッタ88を経て感知器82に真っ直ぐに
なっている。可変長さ測定光線はビームスプリッタ86か
ら再帰反射体46に行き、ビームスプリッタ88へ反射され
て戻り、ビームスプリッタ88によって光感知器82に反射
される。光感知器84には定着長さ基準光線がビームスプ
リッタ86から、ビームスプリッタ88により反射されて感
知器84に至っている。光感知器84には可変長さ測定光線
がビームスプリッタ86から再帰反射体46に行き、再帰反
射体46によりビームスプリッタ88に反射されて、ビーム
スプリッタ88を経て真っ直ぐ直接感知器84に至る。
再帰反射体46はプリズムコーナーの立方体のものが好
ましく、この立方体は隅を切断したガラス製立方体のも
のと考えることができる。ビームスプリッタ86から入る
光線91はコーナー立方体の裏面から３回反射されて、そ
の入射路と平行な光線93としてビームスプリッタ88に戻
される。
循環偏波光の特徴は、この偏波光が反射されたときは
いつでもそのハンドは裏返しにされる。光感知器82への
基準光線は反射しないが、測定光線は５回反射される。
このように、光感知器82での２つの光線は反対のハンド
の偏光を有する。対立するハンドの２つの循環偏光光線
が結合すると、これら結合した光線は単一面の偏光光線
を形成する。偏波面は光線間の位相関係に基づく。
再帰反射体46は移動し、光感知器82への光線の測定路
長さは変わり、位相関係が変化する。これにより、偏波
面を光線路の回りに回転させる。偏光フィルタ92はビー
ムスプリッタ88と光感知器82との間に置かれる。偏波面
が回転すると、該偏波面は１回転毎に２回偏光フィルタ
92の軸と一列に並び、光が光感知器82へ通過する。ま
た、１回転毎に２回、偏波面は偏光フィルタ92の軸に対
し垂直であり、そして全ての光が遮断される。このよう
に、光感知器82は、再帰反射体46が動くにつれて明るい
縞と暗い縞を交互に見る。偏光フィルタ94は光感知器84
の前に置かれ、同じ効果をなす。
光感知器82及び84の電気出力は光が光感知器を打つ量
に比例する。再帰反射体46が一定の速度で動くとき、出
力はサイン曲線的である。偏光フィルタ92及び94の軸
は、光感知器82及び84からの２つの正弦波信号が直角に
なるように、即ち、一方の信号が1/4周りで他の信号を
導くように向き付けされている。再帰反射体46が一方向
に動くとき、一方の光感知器の出力は他方の光感知器を
90°まで導く。再帰反射体46が反対方向に動くとき、同
じ光感知器の出力は他方の光感知器を90°まで遅らせ
る。この特徴は移動の方向を定めるために用いられる。
各光感知器からの周期数は移動距離を示しかつ計算器に
蓄積されるが、一方２つの出力の間の位相関係は移動の
距離を示す。
第５図に関して、変位測定手段44は更にプリズム85と
プリズム87を含み、該プリズム85はビームスプリッタ86
からの光線91を再帰反射体46に向け、そしてプリズム87
は再帰反射体46からの反射光線93をビームスプリッタ88
に向ける。これらのプリズムはより堅密な構成を可能と
する。第５図にはまた、偏光フィルタ92と光感知器82と
の間及び偏光フィルタ94と光感知器84との間に任意のレ
ンズ89が示されている。レンズ89は光感知器82、84に光
を集めて、出力信号を増加する。
真直度は意図した運動の方向に対して垂直な方向にお
ける直線状の誤差である。移動の方向に沿う各校正ポイ
ントのために、互いに直交する方向に２つの真直度誤差
がある。真直度測定手段48及び再帰反射体50は第７図に
簡単な形式で図示されている。真直度が測定される方向
におけるレーザ光線96は反射体50によって反射体アッセ
ンブリ28に反射され、光線98として平行路に沿ってレー
ザ測定アッセンブリ26内の四分の一象限光検知器102に
戻される。
再帰反射体50はコーナー立方体または猫眼石で、真直
度測定に重要な２つの特徴を有している。第１の特徴
は、光線96及び98が再帰反射体を位置決めする際の角度
誤差にも係わらず平行であることである。このことは、
機械回転誤差は真直度測定に影響しないと言うことを意
味する。第２の特徴はｙ軸に沿って見られたときに光線
96及び98は再帰反射体の頂点に対して対称であることで
ある。
ｙ軸の真直度測定のために、四分の一象限光光感知器
102は、ブリッジ14がｙ＝０のとき、光線98が直交する
分割レンズ105及び107に対して集中されるように位置付
けされている。他のｙ位置では、上下真直度誤差Dzとさ
れている。この誤差Dzは反射体アッセンブリ28及び再帰
反射体50の頂点を上下距離Dz動かす。上記した対称の理
由で、戻り光線98は2Dzだけ垂直に移動する。このよう
に、光線98は水平な分割レンズ105から垂直に2Dz変位し
た光検知器102を打つ。同様に、水平真直度誤差Dxがあ
るとき、コーナー立方体50の頂点はDxだけ水平に移動す
る。戻り光線98は水平に2Dx移動し、垂直分割レンズ107
から水平に2Dx変位される。四分の一象限光検光器102は
分割線105及び107によって分けられた４つのフォトダイ
オード102a、102b、102c及び102dにより作られる。各フ
ォトダイオードは光が各フォトダイオードを打つ割合の
電気出力を有する。垂直真直度Dzの測定には、フォトダ
イオード102c及び102dからの出力の合計がフォトダイオ
ード102a及び102bからの出力の合計から引かれる。結果
は４つのフォトダイオードの全てからの合計で割って、
光線強度における変化の効果を取り除く。この結果は定
数でかけられ従来の長さユニットに変換される。同様
に、水平真直度Dxはフォトダイオード102b及び102dから
の出力の合計からフォトダイオード102a及び102cからの
出力の合計を差し引き、４つのフォトダイオードの全て
からの出力の合計による結果を割ることによって定めら
れる。
第５図に関して、真直度測定手段がプリズム103を含
み、該プリズム103が反射光線98を再帰反射体50から光
感知器102に再び向けることが留意される。プリズム103
はより簡潔な構成を可能とする。
横転は運動軸周りの回転誤差である。ｙ軸に沿う運動
を再び考察して、横転誤差を定めるデータが、ｘ方向に
間隔を置いて離された２つのラインに沿う垂直真直度Dz
の２つの測定をなすことで測定される。第５図に関し
て、１つの垂直真直度測定は第１の真直度測定手段48及
び再帰反射体50によって処理され、一方第２の真直度測
定は第２の真直度測定手段56及び再帰反射体58によって
処理される。横転測定は第９図に簡潔にした形で図示さ
れている。第１の真直度測定手段48において、垂直真直
度Dz1は光検出器102によって定められ、該光検出器102
は上述のように戻り光線98の垂直ずれを検知する。同様
に、第２の真直度測定手段56において、光検出器104は
再帰反射体58からの反射光線106の垂直ずれを感知する
ことで垂直真直度Dz2を感知する。横転を測定する際
に、垂直変位だけが興味のあるものである。したがっ
て、光検出器104は２つのフォトダイオードのみ必要と
する。（光検出器102は４つの四分円を必要とするが、
これは垂直度測定にも使用されるためである。）代替え
策として、上部２つのフォトダイオード及び下部２つの
フォトダイオードは光検出器104用に一緒にワイヤで結
合することもできる。各校正位置のため、弧度において
測定された横転は２つの垂直真直度測定を差引、第１及
び第２の真直度測定手段48、56間の距離Ｃで割ることに
よって計算される。したがって、横転＝（Dz2−Dz1）/C
である。
第５図に関して、第２の真直度測定手段56はプリズム
108を含み、該プリズムは光線106を再帰反射体58から光
検出器104に向ける。
偏揺角及び傾斜角は運動軸に直交する軸線方向周りの
回転誤差である。水平（ｘ及びｙ）校正のために、偏揺
角は垂直軸周りの回転であり、そして傾斜角は水平軸周
りの回転である。垂直（ｚ）校正には、偏揺角はｙ方向
線周りの回転として定義され、そして傾斜角はｘ方向線
周りの回転である。傾斜角及び偏揺角測定手段52は第８
図に簡潔な形で示されている。入射レーザ光線73はビー
ムスプリッタ78によって分けられる。伝達された光線11
2はビームスプリッタ78を通過し、上記の横転測定用と
して用いられる。反射光線114は四分の一波長板116及び
ビームスプリット78を経て四分円光検出器118に反射光
線自体に逆反射される。
入射光線73は循環偏光される。ビームスプリッタ78
は、偏光に強力な効果を有する全誘電部分反射被覆を有
している。この結果は、伝達された光線112が実質的に
平行に偏光され、そして反射光線114は垂直に偏光され
る。
四分の一波長板116はその軸を反射光線114の偏波面に
対して45°に向き付けされて、光線114を循環偏光に変
換する。ミラー54からの反射は偏光のハンドを裏返す。
四分の一波長板116を通過して戻る戻り光線は偏波面に
再び変換されるが、ミラー54のハンドの変化によって、
偏光はここで水平面内にある。偏光ビームスプリッタ78
は全反射光線を通過させて光検出器118に至らしめる。
偏光を用いる複雑な方法（maneuver）には２つの理由
がある。先ず、光の全てが使用されることを保証する。
もしビームスプリッタ78が非偏光であるとすると、ミラ
ー54からの戻り光線の半分は反射されて光線73の路に沿
って戻される。第２に、四分の一波長板116及び測定手
段56からの偽りの反射が光検出器118に至ることを防ぐ
ことである。四分の一波長板116からの垂直に偏波され
る反射は光線73の路に沿って逆反射される。第２の真直
度測定手段56からの反射は水平に偏波され、そして光線
73の路に沿ってビームスプリッタ78を通過する。
ｙ軸傾斜角及び偏揺角測定を行うために、光検出器11
8は、ブリッジ14がｙ＝０のときに、反射光線120が集中
するように配置される。偏揺角誤差Azを有する他の校正
位置では、平面ミラー54はAzだけ垂直ｚ軸周りに回転す
る。このことは、反射の法則から、入射光線及び反射光
線間を角度2Azとし、反射光線120は光検出器118上で水
平に変位される。変位量は真直度と同じ方法で定められ
る。弧度における偏揺角Azは、ミラー54から光検出器11
8までの距離によって分けられる光検出器118での変位の
半分として計算される。この距離は、ブリッジ14がｙ＝
０で校正ポイントへの走行距離を加えるときに定められ
た定着距離である。傾斜角Axの場合は、ミラー54は水平
ｘ軸周りに回転する。偏揺角の場合と同様に、これによ
り入射光線と反射光線との間を角度2Axとし、そして反
射光線120が光検出器118上で垂直に変位される。弧度に
おける傾斜角Axは、ミラー54から光検出器118までの距
離によって分けられる光検出器118での変位の半分とし
て計算される。
第５図に関連して、傾斜角及び偏揺角測定手段52は更
にプリズム122及びプリズム124を含み、該プリズム122
はビームスプリッタ78からの光線114を四分の一波長板1
16に向け、そしてプリズム124はビームスプリッタ78か
らの反射光線120を光検出器118に向ける。
本発明の校正システムの好ましい実施例は第10図ない
し第17図に図示される。第５図に示されるレーザ測定ア
ッセンブリ26の構成要素は全体がＬ−状断面を有するハ
ウジング130内に含まれる。レーザ測定アッセンブリ26
は、以下に記載されるような３つの異なる向きにおいて
取付具24に取り付けられるように適合されている。
第11図に最良に示されるように、反射体アッセンブリ
28は支持ブラケット132を含んでおり、該支持ブラケッ
ト132は再帰反射体46、50及び58に、更にミラー54に対
し堅固な支持を与える。３つの先細ねじ134が組立中ロ
ケータ134a（第12図）に合う。ばか穴136が一条ねじ137
用に設けられており、該一条ねじ137は組立中測定アッ
センブリ28内に螺合されて、反射体アッセンブリ28をレ
ーザ測定アッセンブリ26に固定する。ねじ137の軸部上
のばね139及び座金140は、所望の間隔を維持し一条ねじ
134を用いて反射体アッセンブリ28をレーザ測定アッセ
ンブリ26に対して付勢する。ボール138及びクランプ141
は反射体アッセンブリ28を探針ソケット内に取り付けら
れたボールエンデッドスタッド142に固定するために用
いられる。
取付具24の平面図が第16図に示されている。該取付具
24は３辺を有する枠を備え、該枠はテーブル12に堅固に
取り付けられ、３つの相互に直交する向き（注：第２図
ないし第４図）においてレーザ測定アッセンブリ26を取
り付ける手段を設けている。取付具24は機械テーブル12
上に直接置かれ、そして基準工具クランプ143で締め付
けられる。クランプ143はテーブル12への螺入手段によ
って固定される。第10図及び第16図に関連して、固定具
24の脚150がテーブル12に締め付けられる。３つの取付
ピン152はｘ方向にレーザ測定アッセンブリ26を取り付
けるために用いられ、３つの取付ピン154はｙ方向にレ
ーザ測定アッセンブリ26を取り付けるために用いられ、
３つのロケータ156はｚ方向にレーザ測定アッセンブリ2
6を取り付けるために用いられる。レーザ測定アッセン
ブリ26（第13図）の底部上のロケータ152aはｘ方向にお
ける取付けの間ピン152に合い、そしてｙ方向の取付け
の間ピン154に合う。ｚ方向の取付けには、レーザ測定
アッセンブリはピン156a（第12図）を含み、該ピン156a
はロケータ156に合う。ピン156aの２つはハウジング130
の側に取り付けられた直立アーム144上に取り付けられ
る。
レーザ測定アッセンブリ26の心合わせ用偏心カムが第
17図に図示される。ピン145が回転を可能とするために
充分な空隙をもたせて取付具24に挿入される。カラー14
6はピン145の上端に取り付けられ、またピン154はカラ
ー146の中心から偏位されている。カラー146が回転させ
られると、ピン154は円内で移動しレーザ測定アッセン
ブリ26の位置の微調整を可能とする。偏心カム構成は、
調節後止めねじによって固定位置に保持され得る。典型
的に、３つの取付けピンの１つだけが第17図の偏心カム
構成を利用する。
レーザ測定アッセンブリ26内の要素の配置は第13図な
いし第15図に図示される。第15図に示される光学素子の
配置は同様な参照番号によって第15図に図示される。レ
ーザ40はブラケット160とばね162の手段によって取り付
けられる。レーザ動力供給部164はレーザ40に対し必要
な作業電圧を与える。変圧器166は上記のようにレーザ
ヒータ用の動力を供給する。変圧器166は各々固体リレ
ー168及び170に連結された２つの出力電圧を有する。リ
レー168及び170はコンピュータ30の制御下で動力を変圧
器166からレーザヒータに切り換える。高電圧は急速な
ウォーミングアップのために用いられる。低電圧は空胴
長さ制御用にも用いられる。第14図に関して、反射体ア
ッセンブリ28に光線114を向けるプリズム122は受け座16
8によってハウジング130に取り付けられる。プリズム10
8、80、76、103、85及び87は同じ方法で取り付けられ
る。このように、異なる測定位置間での運動用に良好に
適用される簡素で堅密なレーザ測定アッセンブリが提供
される。
種々の変更及び修正が本発明の範囲内に含まれことが
理解されるであろう。例えば、校正システムは固定テー
ブル及び立体的に可動のラムを用いるブリッジ型座標測
定機に関連して記載されているが、校正システムが互い
に対して可動な２つの要素を有するいかなる機械にも等
しく適用できる。機械要素のいずれか又は両者は可動と
することができる。例えば、座標測定機の幾つかのタイ
プは可動テーブルを用いる。更に、反射体アッセンブリ
28は反射要素のみを有するものとして記載されており、
そして全ての感知要素はレーザ測定アッセンブリ26内に
位置付けされている。校正システムは、感知要素の１つ
又は１つ以上の要素が反射体アッセンブリ28上に位置付
けされるように修正され得る。例えば、真直度測定光検
出器が反射体アッセンブリ28の上に置かれ得る。この形
状の欠点は電気的結合が多くの場合可動である反射体ア
ッセンブリについてなされなければならないことであ
る。全てのレーザ光線が反射体アッセンブリ28によって
反射される場合、電気的結合は必要とされない。本発明
の範囲内の更なる変形はレーザを固定位置に取り付ける
ことと可動アッセンブリを設けてレーザからの光線を３
つの測定軸に沿って向けることである。更なる変形は傾
斜角、偏揺角、真直度及び横転を測定する先行技術の干
渉計を用いることである。
光感知器82、84、102、104及び118からの出力信号は
適宜の信号コンディショニング回路構成部分を介してパ
ラメータ誤差の計算及び記憶のために供給される。
機械の測定量における任意のポイントでの総合誤差を
計算する際に、次の記号が用いられる。
Dij＝直動位置誤差、 Aik＝角度位置誤差、 Pm＝探針水準ポイントから探針先端までの距離の構成分 子、 ei＝探針先端における総合誤差の軸構成分子、 ここでは、ｉ＝ｘ、ｙ又はｚ＝位置誤差が測定 さ れる軸、 ｊ＝ｘ、ｙ又はｚ＝誤差の軸方向、 ｋ＝ｘ、ｙ又はｚ＝その周りで回転誤差が測定される
軸、 ｍ＝ｘ、ｙ又はｚ＝距離構成分子の方向。
このように、例えば、Dyzはｙ方向に沿って測定され
た垂直（ｚ方向）真直度であり、一方、Ayyはｙ方向に
沿って測定されるｙ方向周りの横転である。
軸システムを各構成分子に取り付けかつ軸システム間
の変態用の式を書く従来のアプローチよりもむしろ、よ
り簡単なアプローチを用いる。簡単なアプローチは各パ
ラメータのために誤差構成分子を決定すること、次に各
軸方向用の構成分子を加えることが必要である。簡単な
方法は、主要な誤差が小さいので適切であり、したがっ
て第２位（余弦）の誤差が無視される。第１図に示され
るようなブリッジ型機械におけるポイントＸ、Ｙ、Ｚの
誤差はこの方法に従って第１表に表されている。回転
は、案内路よりはむしろ機械軸周りである。
表の欄は総合誤差を知るために加算される。
ex＝Dxx−Dyx−Dzx−（Ｚ＋Pz）Axy＋Py・Axz−（Ｚ＋ Pz）Ayy＋Py・Ayz−Pz・Azy＋Py・Azz ey＝Dyy−Dz−Dxy−（Ｘ＋Px）Ayz＋（Ｚ＋Pz）Ayx−Px ・Azz＋Pz・Azx−Px・Axz＋（Ｚ＋Pz）Axx ez＝Dzz−Dxz−Dyz−Py・Azx＋Px・Azy−Py・Axx＋Px・
Axy−Py・Ayx＋（Ｘ＋Px）Ayy 機械誤差を訂正するために、exはＸスケール表示度数か
ら引かれ、eyはＹスケール表示度数から引かれ、そして
ezはＺスケール表示度数から引かれる。
一般に機械軸に直接沿ってパラメータ誤差を測定する
ことは困難又は実施不可能である。他の軸線方向線に沿
って測定がなされる場合、次の式が機械軸に沿うパラメ
ータ誤差を計算するために用いられる。式を引き出すた
めの基本原則は、全てのパラメータ誤差が初期段階では
ゼロであることと全ての測定価値が測定線上のゼロ走行
位置でゼロであることである。校正システムにより測定
された値を機械軸に送る際には、次の記号が用いられ
る。
B**＝機械校正の間に測定された距離又は角度。最初
の星印はｘ、ｙ又はｚで置き換えられ、測定線を表し、
２番目の星印はｄ、ｈ、ｖ、ｙ、ｐ又はｒによって置き
換えられ測定を表す。
"d"は直線状の変位測定を表す。
"h"は水平真直度測定を表す。ｚ軸では、ｈはｘ方向
を表す。
"v"は垂直真直度測定を表す。ｚ軸では、ｖはｙ方向
を表す。
"y"は偏揺角測定を表す。ｘ及びｙ軸では、偏揺角は
垂直軸周りの角回転である。ｚ軸では、ｙ軸周りの角回
転である。
"p"は傾斜角測定を表す。ｘ及びｙでは、傾斜角は測
定線に垂直な水平線周りの角回転である。ｚでは、ｘ軸
周りの角回転である。
"r"は横転の決定のための補助真直度測定を表す。ｘ
及びｙ軸では、測定は垂直である。ｚ軸では、測定はｙ
方向である。
P**は誤差測定における探針水準ポイントから（再帰
反射体の頂点のような）測定ポイントまでの距離の構成
分子である。最初の星印はｘ、ｙ又はｚによって置き換
えられ、測定線を表す。２番目の星印はｘ、ｙ又はｚに
よって置き換えられ、構成分子の方向を表す。
O*は測定に用いられる線の座標である。２つのこのよ
うな座標により定義される線は１セットの測定の間の探
針水準ポイントの基準路である。星印はｘ、ｙ又はｚに
よって置き換えられ、座標の方向を表す。
Ｃは横転測定での２つの真直度測定線間の距離の構成
分子である。上記の記号を用いて、変位誤差Dij及び回
転誤差Aikの値が次のように計算される。
Axx＝（Bxr−Bxv）/C Axy＝Bxp Axz＝Bxy Ayx＝Byp Ayy＝（Byv−Byr）/C Ayz＝Byy Azx＝Bzp Azy＝Bzy Azz＝（Bzr−Bzv）/C Dxx＝Ｘ−Bxd＋（Oz＋Pxz）Axy−Pxy・Axz Dxy＝Bxh−Ｘ・Ayz−Pxx・Axz＋（Oz＋Pxz）Axx Dxz＝Bxv−Pxy・Axx＋Pxx・Axy＋Ｘ・Ayy Dyx＝Byh−（Oz＋Pyz）Ayy＋Pyy・Ayz Dyy＝Ｙ−Byd＋（Ox＋Pyx）Ayz−（Oz＋Pyz）Ayz Dyz＝Byv−Pyy・Ayx＋（Ox＋Pyx）Ayy Dzx＝Bzh−Ｚ・Axy−Ｚ・Ayy−Pzz・Azy＋Pzy・Azz Dzy＝Bzv＋Ｚ・Ayx−Pzx・Azz＋Pzz・Azx＋Ｚ・Axx Dzz＝Ｚ−Bzd＋Pzy・Azx−Pzx・Azy 本発明の好ましい実施例で現在考えられることを示さ
れかつ記載されたが、種々の変更及び修正が添付のクレ
ームにより定義される発明の範囲から逸脱することなく
該好ましい実施例内でなされることは当業者には明らか
であろう。

Claims (15)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも２つの次元で互いに対して可動
    な第１の要素（20）とテーブル（12）とを有する機械に
    おいて位置誤差を測定する装置であって、 前記第１の要素（20）に取付け可能な反射体アッセンブ
    リ（28）と、 前記テーブル（12）に取付け可能で、少なくとも１つの
    出射レーザ光線（96、91、114、81）を選択された測定
    方向に向け、そして前記反射体アッセンブリ（28）から
    反射した少なくとも１つのレーザ光線を感知し、前記第
    １の要素（20）の位置誤差を表す位置誤差信号を発生す
    るレーザ測定アッセンブリ（26）と、 前記テーブル（12）に対する複数の向きの（25）のうち
    の選択された１つの向きで前記レーザ測定アッセンブリ
    （26）を前記テーブル（12）に取り付け、そして、前記
    第１の要素（20）に対する複数の向きの（25）のうちの
    選択された１つの向きで前記反射体アッセンブリ（28）
    を前記第１の要素（20）に取り付けて、前記少なくとも
    １つの出射レーザ光線が前記反射体アッセンブリ（28）
    によって前記レーザ測定アッセンブリ（26）に反射して
    戻るように、前記反射体アッセンブリ（28）と前記レー
    ザ測定アッセンブリ（26）とが、前記複数の向き（25）
    の各々の向きに一列に並べられるようにした手段（24）
    とを備えてなる、位置誤差測定装置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載の位置誤差測定装置におい
    て、 前記取付け手段（24）は取付具を備えており、前記取付
    具は、予め選択された位置で前記テーブル（12）に取り
    付けられており、また、前記取付具は、前記レーザ測定
    アッセンブリ（26）を前記複数の向き（25）のうちの各
    々の向きに取り付ける手段を含んでいる、位置誤差測定
    装置。
  3. 【請求項３】請求項１に記載の位置誤差測定装置におい
    て、 前記取付け手段（24）は、前記レーザ測定アッセンブリ
    （26）と前記反射体アッセンブリ（28）を３つの相互直
    交向き（25）に取り付ける手段を含み、これにより３つ
    の相互直交向きに沿う１セットのパラメータ誤差が測定
    される、位置誤測定装置。
  4. 【請求項４】請求項３に記載の位置誤差測定装置におい
    て、 前記機械が座標測定機であり、前記第１の要素（20）が
    ３つの次元に可動なラムである、位置誤差測定装置。
  5. 【請求項５】請求項３に記載の位置誤差測定装置におい
    て、 前記レーザ測定アッセンブリ（26）と前記反射体アッセ
    ンブリ（28）が、変位誤差を測定する第１の手段（44）
    と、 前記選択された方向に直交する２つの方向で真直度誤差
    を測定する第２の手段（48）と、 前記選択された方向に直交する軸を中心とした回転を表
    す傾斜角誤差及び偏揺角誤差を測定する第３の手段（5
    2）と、 前記選択された方向を中心とした回転を表す横転誤差を
    測定する第４の手段（56、48）とを含む、位置誤差測定
    装置。
  6. 【請求項６】請求項５に記載の位置誤差測定装置におい
    て、 前記位置誤差信号に呼応して、前記選択された測定方向
    に沿う各選択された位置に対応するパラメータ誤差の行
    列を計算する手段（30）を更に含む、位置誤差測装置。
  7. 【請求項７】請求項６に記載の位置誤差測定装置におい
    て、 前記機械は座標測定機を含んでおり、前記座標測定機
    は、３つの相互直交方向（25）に可動な、ブリッジ（1
    4）と、キャリジ（18）と、ラム（20）とを有してお
    り、 前記機械は、更に、前記ブリッジ（14）と前記キャリジ
    （18）と前記ラム（20）の位置をモニターするスケール
    装置を含んでいる、位置誤差測定装置。
  8. 【請求項８】請求項７に記載の位置誤差測定装置におい
    て、 前記パラメータ誤差に呼応して、前記ブリッジ（14）、
    前記キャリジ（18）、及び前記ラム（20）の一定の位置
    用の総合誤差を計算し、前記スケール装置の読み取りか
    ら前記総合誤差を差し引いて正確な位置情報を提供する
    手段を更に含む、位置誤差測定装置。
  9. 【請求項９】請求項５に記載の位置誤差測定装置におい
    て、 前記第２の測定手段（48）は、 前記反射体アッセンブリ（28）に取り付けられた再帰反
    射体（50）と、 レーザ光線（96）を前記レーザ測定アッセンブリ（26）
    から前記再帰反射体（50）に向ける手段と、 前記レーザ測定アッセンブリ（26）に設けられ、象限
    （102a、102b、102c、102d）に区分けられてその中心か
    ら反射光線（96）のずれを感知する光検知器（102）と
    を備えている、位置誤差測定装置。
  10. 【請求項１０】請求項５に記載の位置誤差測定装置にお
    いて、 前記第３の測定手段（52）は、 前記反射体アッセンブリ（28）に取り付けられたミラー
    （54）と、 レーザ光線（114）を前記レーザ測定アッセンブリ（2
    6）から前記ミラー（54）に向ける手段（78、112）と、 前記レーザ測定アッセンブリ（26）に位置して、象限に
    区分けされ、その中央からの反射光線（114）のずれを
    感知する光感知器（118）とを備えている、位置誤差測
    定装置。
  11. 【請求項１１】請求項５に記載の位置誤差測定装置にお
    いて、 前記第４の測定手段（56、48）は、 規定の距離で間隔を置いて離されかつ前記反射体アッセ
    ンブリ（28）に取り付けられた一対の再帰反射体（50、
    58）と、 個々のレーザ光線（96、81）を前記レーザ測定アッセン
    ブリ（26）から前記再帰反射体（50、58）の各々に向け
    る手段（103、80）と、 該選択された方向に直交し前記一対の再帰反射体間に描
    かれた線に直交する方向における各反射光線（98、10
    6）のずれを感知する、前記レーザ測定アッセンブリ（2
    6）に設けられた、一対の区分けされた光感知器（102、
    104）とを備え、 前記横転誤差が、前記規定された距離によって分けられ
    た２つの光感知器（98、106）によって感知されたずれ
    間の相違に比例する、位置誤差測定装置。
  12. 【請求項１２】少なくとも２つの方向で互いに対して可
    動な第１の要素（20）とテーブル（12）とを有する機械
    において、前記第１の要素（20）と前記テーブル（12）
    の相対位置におけるパラメータ誤差を測定する方法であ
    って、 ａ）反射体アッセンブリ（28）を前記第１の要素（20）
    に第１の反射体向き（25）で取り付けて前記第１の要素
    （20）を第１の選択位置に位置決めする工程と、 ｂ）レーザ測定アッセンブリ（26）を前記テーブル（1
    2）に前記反射体アッセンブリ（28）と一列に並ばされ
    た第１のレーザ向き（25）で取付け、それによって、少
    なくとも１つのレーザ光線（96、91、114、81）が、前
    記レーザ測定アッセンブリ（26）により、選択された測
    定方向に沿って前記反射体アッセンブリ（28）に向けら
    れ、そして前記レーザ測定アッセンブリに反射して戻る
    ようにした工程と、 ｃ）前記レーザ測定アッセンブリ（26）に反射して戻さ
    れた少なくとも１つの前記レーザ光線（98、93、114、1
    06）を感知して、前記テーブル（12）に対する前記第１
    の要素（20）の変位、真直度、傾斜角、偏揺角及び横転
    位置誤差を表す位置誤差信号を与え、そして前記位置誤
    差信号を記憶する工程と、 ｄ）前記第１の要素（20）と前記反射体アッセンブリ
    （28）とを、前記選択された方向で、前記反射体アッセ
    ンブリ（28）が前記少なくとも１つのレーザ光線（96、
    91、114、31）と一列に並べられる他の選択された位置
    に、移動させる工程と、 ｅ）前記レーザ測定アッセンブリ（26）に反射して戻っ
    た前記少なくとも１つのレーザ光線（96、91、114、3
    1）を感知して、前記テーブル（12）に対する前記第１
    の要素（20）の変位、真直度、傾斜角、偏揺角及び横転
    位置誤差を表す位置誤差信号を与え、そして前記位置誤
    差信号を記憶する工程と、 ｆ）前記少なくとも１つのレーザ光線（96、91、114、3
    1）の方向における多数の選択された位置のために工程
    ｄ）及びｅ）を繰り返す工程と、 ｇ）前記反射体アッセンブリ（28）を前記第１の要素
    （20）に第２の反射体向き（25）で取り付ける工程と、 ｈ）前記レーザ測定アッセンブリ（26）を前記テーブル
    （12）に、前記反射体アッセンブリ（28）と一直線の第
    ２のレーザ向き（25）で取り付ける工程と、 ｉ）前記第２の向き（25）のために工程ｃ）ないしｆ）
    を繰り返す工程と、を備えてなる、第１の要素とテーブ
    ルの相対位置におけるパラメータ誤差を測定する方法。
  13. 【請求項１３】請求項12に記載のパラメータ誤差を測定
    する方法において、 ｊ）前記反射体アッセンブリ（28）を前記第１の要素
    （20）に第３の反射体向き（25）で取り付け、前記第
    １、第２及び第３の反射体向き（25）が相互に直交する
    ようにする工程と、 ｋ）前記レーザ測定アッセンブリ（26）を前記テーブル
    （12）に前記反射体アッセンブリ（28）と一直線の第３
    のレーザ向き（25）で取り付け、前記第１、第２及び第
    ３のレーザー向き（25）が相互に直交するようにする工
    程と、 ｌ）前記第３の向き（25）のために工程ｃ）ないしｆ）
    を繰り返す工程と、を更に含む、パラメータ誤差を測定
    する方法。
  14. 【請求項１４】請求項13に記載のパラメータ誤差を測定
    する方法において、 ｍ）前記第１、第２及び第３の向きの各選択された位置
    用の位置誤差信号を３つの相互直交方向に沿うパラメー
    タ誤差の行列に変換する工程を更に含む、パラメータ誤
    差を測定する方法。
  15. 【請求項１５】請求項14に記載のパラメータ誤差を測定
    する方法において、 ｎ）前記第１の要素の一定の位置用にその総合位置誤差
    を前記パラメータ誤差から算出する工程と、 ｏ）前記テーブル（12）に対する前記第１の要素（20）
    の位置の前記機械のスケール表示度数を取得し、そして
    前記第１の要素の総合誤差を前記機械のスケール表示度
    数から差引いて前記第１の要素（20）の訂正された位置
    を得る工程とを更に含む、パラメータ誤差を測定する方
    法。
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