JP2840720B2 - 機械較正装置およびその装置による較正方法 - Google Patents

機械較正装置およびその装置による較正方法

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JP2840720B2 JP63502046A JP50204688A JP2840720B2 JP 2840720 B2 JP2840720 B2 JP 2840720B2 JP 63502046 A JP63502046 A JP 63502046A JP 50204688 A JP50204688 A JP 50204688A JP 2840720 B2 JP2840720 B2 JP 2840720B2
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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は機械の２部品が相対的に移動する機械システ
ムの較正を行なう機械較正装置およびその装置による較
正方法に関するものである。機械システムの例として
は、座標測定器械と機械工具がある。
背景技術 このような機械は、一般的に、可動部を有し、この可
動部は、一般的にｘ、ｙ、ｚ軸と称呼され、互いに直交
する３つの軸に沿って移動され、この可動部により工具
の加工物に対する位置決めが行なわれる。この工具はタ
ッチトリガープローブのような測定装置を包含する。こ
のような機械は、測定装置、例えば、スケールとスケー
ル読み取り装置を包含するものである。スケールは機械
の３つの軸に沿って配置され、スケール読み取り装置は
機械可動部の移動距離を読み、工具の位置を３つの軸に
対して決定するものである。スケール自体は製造時に較
正されている。
可動部は固定部上に設けたトラックに沿って導かれる
が、可動部の実際の移動距離とスケールの読みとの間に
は誤差がある。これらの誤差は、例えば、トラックの許
容差またはミスアライメントに起因するもので、特に、
機械部品のピッチング、ローリングおよびヨーイングに
よるものである。座標軸に設けたスケールにもミスアラ
イメントがあり、スケールとスケール読み取り装置の間
に誤差が生じる。
このような機械誤差を機械のエラーマップをプロット
して説明した例としては、米国特許3,654,446号公報が
知られている。これは、可動部を可動範囲内の多数の位
置に移動させ、この可動部が所定位置に達するごとに、
その位置で停止させてその停止位置でのスケール読み取
り装置のカウント値を記録するようにした例である。可
動部の直交座標軸に対する実際の移動距離は、別の測定
装置、例えば、レーザ干渉計により単独で測定される。
レーザ干渉計は可動部の移動に際してレーザ干渉計内に
生じる干渉縞をカウントするカウンタを有する。カウン
タのカウント値とスケール読み取り装置による読みの差
は適正な記録装置にアナログまたはディジタルで記録さ
れる。
この方法によると、上述誤差の多くを補正できる情報
が提供されるが、加工物は、通常、機械の運転中に測定
され、上述した方法では機械の移動に起因する誤差は考
慮されていない。
本発明の目的は、２つの部品の相対移動中に、自動的
に、機械の較正を行なうことができる機械較正装置とそ
の装置による較正方法を提供することにある。
発明の開示 本発明は、次のような機械と較正方法にある。機械は
３方向に移動可能で、かつ、工具を加工物に対して位置
させる可動部と、相対移動する２つの部品の間に配置さ
れ、かつ、前記３方向に対して２つの部品の移動を測定
する測定装置とを有する。較正方法は次のステップから
なる機械の自動較正方法である。
第１の機械部品の移動距離を、機械の単一または複数
の測定装置により測定される測定距離と無関係か、ある
いは、関係して、３方向のうちの少なくとも１方向に対
して測定する装置としての干渉測定器械を取り付けるス
テップ。
両測定器械と機械の単一または複数の測定装置によ
り、予め定めた間隔で、同時に測定の記録を始めるステ
ップ、 記録された測定値を比較し、測定値の差を表示するス
テップ。
工具という語は、この文脈では、測定プローブを包含
する。
独立したパルスジェネレータから同期信号を予め定め
た間隔で、干渉縞カウンタとスケール読み取り装置に出
力し、出力された同期信号に同期して、干渉測定装置と
機械の測定装置（通常は、スケールとスケール読み取り
装置）により測定値の記録を開始するか、あるいは、干
渉縞カウンタまたはスケール読み取り装置を制御し、一
方の装置により読みとられた値が予め定めた値に達する
ごとに、信号を他方の装置に出力し、測定値の記録を開
始させる。
このようにすると、測定装置と干渉測定器械の読みの
差は、前記米国特許3,654,446号公報に記載された方法
により生じる誤差より小さくなる。測定誤差を考慮して
較正したスケールの読みを表示させるように、自動機の
制御用コンピュータをプログラムすることができる。
また、本発明は次の装置にある。この装置は、自動的
に機械を較正する装置であって、直交する３方向に相対
移動可能で、かつ、加工物に対して工具を位置させる部
品を有し、また、相対的に移動する部品と部品の間に配
置され、かつ、前記３方向に対して部品の移動距離を測
定する部品を有する。この装置は、干渉測定装置と、記
録装置の記録を開始させる手段と、測定値を比較してそ
の差を表示する手段により構成されている。
干渉測定装置は、機械の単一または複数の測定装置に
より測定される測定距離と無関係か、あるいは、関係し
て、３方向のうちの少なくとも１方向に対して第１部品
の移動距離を測定する器械に対して配置されている。記
録装置を同時に記録開始させる手段は、両測定器械が、
あるいは、測定装置のいずれか一方による測定値の記録
を、予め定めた間隔ごとに、同期させて開始させるよう
になっている。
発明を実施するための最良の形態では、干渉縞カウン
タはカウント値が所定方向で所定の値に達したとき、信
号をスケール読み取り装置に出力し、この信号に同期し
て読みの記録を開始させる手段を有する。
電子装置のタイミングエラーは比較的安定していて、
個々に較正することができるが、干渉測定装置からの信
号を、測定プローブを取り付けたスピンドル上のレシー
バに出力するのが望ましい。
このレシーバは、測定動作中、プローブから発生さ
れ、かつ、プローブ信号と同様にして、信号調整電子機
械インターフェースを介してスケール読み取り装置に出
力される信号と本質的に同一の信号を発生するようにな
っている。
プローブとスケール読み取り装置の間の回路に起因す
る誤差や遅延は、本発明の方法よる読み取り誤差に包含
されている。
図面の簡単な説明 第１図は干渉計を取り付けた座標測定器械を示す図、 第２図は第１図に示す干渉計を詳細に示した図、 第３図は干渉計に出力する信号を発生するシステムを
詳細に示した図、 第４図は干渉計に出力する信号を発生するシステムの
他の例を示す図である。
発明を実施するための最良の形態 第１図は座標測定機械を示す。固定ワークテーブルに
は被測定物である加工物が載置されている。座標フレー
ム構造は直立支柱２、直立支柱３をクロスビーム４によ
り連結してある。直立支柱２はトラック５上をエアベア
リングで移動されるようになっている。直立支柱３はワ
ークテーブル上をエアベアリングで移動されるようにな
っている。直立支柱2,3の移動方向はｙ軸上の矢符ｙで
示す。クロスビームはキャリジ６をエアベリングで支持
し、キャリジ６はｘ軸上を矢符ｘで示すように移動可能
になっている。キャリジ６はピラー７を保持し、ピラー
７内に、スピンドル８がエアベアリングで保持されてい
る。スピンドル８はｘ軸上を矢符ｚで示すように移動可
能である。スピンドル８には、通常、測定プローブ９が
保持されている。
このようにしたので、測定プローブは機械可動範囲内
の所定位置に位置させることができる。
キャリジ６およびピラー７にはそれぞれ第１測定装置
を構成するスケールとスケール読み取り装置が取り付け
られている。第１測定装置により、プローブの位置が
ｘ、ｙ、ｚ軸の基準点からの距離に換算して決定されて
いる。図には、スケール９とスケール読み取り装置10の
みを示してある。
レーザ干渉計16はテーブル１に取り付けてあり、スピ
ンドル８の移動距離を単独で測定するようになってい
る。レーザ干渉計はレーザ12を有する。レーザ12は機械
に対して所定位置に配置した支持体に取り付けられ、レ
ーザビームを干渉計12を介してスピンドル８に出射する
ようになっている。
第２図は装置を詳細に示す。
干渉計16はビームスプリッタ15を有する。ビームスプ
リッタ15はレーザビームの一方を基準分岐光にし、その
レーザビームをレトロリフレクタに出射し、レーザビー
ムのもう一方をユニット18に取り付けたレトロリフレク
タ14に出射するようになっている。ユニット18はスピン
ドル８に取り付けられている。レトロリフレクタはレー
ザビーム13をビームスプリッタ15に反射し、この反射さ
れたレーザビームを、ビームスプリッタで、再び、基準
分岐光と合成し、合成ビームを生成するものである。検
出装置20は合成ビームを受光し、干渉縞数に応じてパル
スを発生するものである。干渉縞は、較正プロセス中、
レトロリフレクタが移動され、合成ビームの一方のビー
ムと他方のビームが干渉して形成される。
検出装置20により発生されたパルスは、ライン22を介
して、レトロリフレクタの移動距離を示すカウンタ21に
供給されている。カウンタ21は機械に出力される信号を
発生する信号発生装置としてのカウンタである。信号発
生装置は第３図と第４図に詳細に示す。
産業上の利用可能性 装置の所定の座標軸に沿って移動され、予め定めた間
隔、例えば、1inchごとに、信号発生装置によりパルス
が発生される。
予め定めた間隔ごとに、予め定めた距離が干渉計の干
渉縞の数に変換される。
カウンタからの出力と干渉縞の数は、両者が一致する
まで、比較される。カウント値と干渉縞の数が一致した
とき、出力パルスが出力され、ついで、次の予定距離が
干渉縞の数に変換される。当該予定距離と次の予定距離
の差が間隔になる。
このようにすると、装置が所定座標軸を移動する間
に、予定間隔ごとに、高精度で、パルスを出力すること
ができる。これらの出力されたパルスは、コントローラ
に出力され、コントローラがトリガされてスケール読み
取り装置によりスピンドル８の位置が読み取られる。誤
差は、予め干渉計に設定した間隔で、装置により連続し
て読み取られる差を比較して評価される。干渉計の出力
パルスとコントローラのインターフェースを簡単にする
ため、インタフェースはスケールの読みの記録を開始さ
せる装置で、既に、用いられたプローブ入力を用いて行
なわれている。インターフェースの方法にはいくつかあ
る。
2.出力パルスは、通常、プローブからプローブインター
フェースに出力される信号にコンパチブルな形式で発生
される。この信号はプローブ信号に替えてプローブイン
ターフェースに出力される。
3.出力信号はスピンドルの座標取り付け具に取り付けた
ユニットのレシーバに出力される。
干渉計からの出力パルスをコントローラに出力し、ス
ケール読み取り装置により測定された距離の記録を開始
させる望ましい方法の説明は第２図に示す。信号発生シ
ステムからの出力パルスはライン23を介して赤外線信号
発生装置24に出力される。赤外線信号発生装置24は赤外
線信号をユニット18の構成要素であるレシーバに出力す
るものである。レシーバ25はプローブにより発生される
信号にコンパチブルな信号を発生し、発生した信号をリ
ード26を介してプローブ信号調整回路に出力し、さら
に、プローブインターフェースを介してコントローラに
出力する。
レシーバからの信号がコントローラに入力されると、
そのときのスケール読み取り装置の読みがコントローラ
により記録される。プローブ信号が入力されたとき、通
常、機械が停止されるが、較正プロセス中、ユニット18
からの信号が入力されたときは、コントローラにより機
械が停止されないように、コントローラのソフトウェア
が修正される。
干渉計からの距離パルスは、機械部品の移動速度と要
求される精度に基づき、２つの方法により発生される。
第３図はマイクロプロセッサの構成を示す。
マイクロプロセッサはマイクロプロセッサユニット3
0、メモリ32、アップ／ダウンカウンタ21により構成さ
れている。マイクロプロセッサは予定距離を干渉縞数に
変換し、この干渉縞数をメモリに格納するようにプログ
ラムされている。マイクロプロセッサは、機械の部品が
相対移動しているとき、アップ／ダウンカウンタのカウ
ント値を繰り返し読み取り、読み取ったカウント値と格
納されている干渉縞数が一致するか、あるいは、所定の
許容範囲内になるまで、カウント数と干渉縞数を比較す
る。
一致したとき、マイクロプロセッサは信号を発生し、
所定距離に到達したことを記録する。そして、そのプロ
セスを、次の所定距離間隔の間に、繰り返す。この方法
は、比較が比較的低速度のマイクロプロセッサのソフト
ウェアにより行なわれるから、機械が低速度で運転され
るとき、用いられる。必要な場合は、ラッチ装置をカウ
ンタ21に接続してラッチ装置によりカウンタのカウント
値をサンプルホールドし、ラッチされたカウント値がマ
イクロプロセッサにより読み取られる。
機械を高速度運転するための他の方法を第４図に示
す。コントロールシステムはマイクロプロセッサユニッ
ト40、コンパレータ42、アップ／ダウンカウンタ21によ
り構成されている。マイクロプロセッサは予定距離を干
渉縞数に変換し、変換した干渉縞数をコンパレータにロ
ードする。そして、コンパレータは、常時、アップ／ダ
ウンカウンタのカウント値と干渉縞数を比較し、カウン
ト値と干渉縞数が一致したとき、出力パルスを発生し、
そのパルスを所定距離に達したことを記録するため、マ
イクロプロセッサに出力する。ついで、マイクロプロセ
ッサは次の干渉縞数をコンパレータにロードする。この
ような方法では、マイクロプロセッサソフトウェアに比
して比較的速いコンパレータのハードウェアにより、比
較が行なわれる。測定値の精度は、補間装置を用いて干
渉縞数を細分することにより上げることができ、補間装
置の出力も比較プロセスで用いられるのは、当然のこと
である。
距離間隔に替えて、時間間隔を用いても良い。時間間
隔を用いた場合、機械は一定速度で運転されるのが望ま
しい。さらに、その間隔は規則的であっても良いし、不
規則であっても良い。
本発明は、座標測定器械について説明したが、機械工
具の自動的な較正にも適用可能である。
上述した方法は、機械の１つの座標軸上の誤差の測定
方法である。機械の３つの座標軸全てに対して同様にし
て取り扱うことができるのは明らかである。自動機にお
いて、さらに完全に較正するため、コントローラはスピ
ンドル８を、対角線に沿うとともに、ワークテーブルの
コーナから離れるか、あるいは、ワークテーブルのコー
ナに向かって移動させ、ｘ軸およびｙ軸の測定値を同時
に、または、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸の測定値を同時に得
るようにプログラムすることができる。この場合、レー
ザビームは対角線に沿って出射され、スピンドルの移動
に追従する。角度測定干渉計を用いることにより、回転
誤差を較正することができる。
有線または無線トランスミッションは、干渉計距離パ
ルスを機械に出力する赤外線ビームに替えて、例えば、
超音波、マイクロ波および無線ビームを用いることがで
きる。
本発明方法により検出される誤差を、機械の制御用コ
ンピュータのメモリにマッピングするようにしたので、
コンピュータは、動作中、スケール読み取り装置情報と
メモリにマッピングした誤差を用いて正確な読みを出力
する。
スケールが書き換え可能な材料、例えば、磁気材料で
ある場合、本発明の方法により決定される誤差はスケー
ル自体に書き込むことができるので、スケール読み取り
装置は可動部の移動距離と読み取り誤差を同時に読み取
ることができる。このような方法は、最近出願された英
国特許8705304号公報に開示されている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 チャプマン，マーク アドリアン ヴィ ンセント 英国 ジーエル12 ７エスビー グロス ターシャー州 ワットン―アンダー‐エ ッジ ベアランズ 116 (72)発明者 グラハム，ジェフレイ 英国 ジーエル12 ７ジェイエフ グロ スターシャー州 ワットン―アンダー- エッジ ジェイズミード 25 (56)参考文献 特開 昭61−65111（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−111910（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01B 21/00 - 21/32

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】機械較正装置の部品が相対移動している間
    に、前記機械を較正する方法であって、前記機械は、直
    交する３方向に相対的に移動可能であり加工物に対して
    工具を位置させる部品と、相対的に移動可能な前記部品
    の間に位置する装置であって該部品の前記３方向への相
    対移動距離の第１測定値を得る測定装置（10,11）とを
    有し、前記機械は、前記相対的な移動を制御するコント
    ローラと、前記機械に接続された測定プローブからの信
    号を受信し、前記測定装置（10,11）の瞬間読み取り値
    の記録を開始するためのプローブ入力端子とをさらに含
    む、前記機械を較正する方法において、 干渉測定器械（12,16,21,24,30,32;40,42）を前記機械
    に関係して取り付け、前記第１測定に無関係でさらに前
    記３方向のうちの少なくとも１方向への第１機械部品の
    相対移動距離の第２測定値を表す連続干渉縞カウント値
    を生成するステップと、 前記相対移動の間に、予め定めた間隔と一致する干渉縞
    カウント値を生成しストアするステップと、 前記干渉測定器械からの連続干渉縞カウント値と、スト
    アされた干渉縞カウント値とを比較し、前記干渉縞カウ
    ント値を前記第２測定値として記録するステップと、 前記第２測定値を記録すると同時に、前記干渉測定器械
    から出力信号を前記機械のプローブ入力端子に伝送し、
    この測定装置の瞬間読み取り値を前記第１読み取り値と
    して記録することを開始するステップと、 前記記録された２つの測定値を比較し、該測定値の差を
    示すステップと を備えたことを特徴とする機械を較正する方法。
  2. 【請求項２】請求の範囲第１項において、連続干渉縞カ
    ウント値と比較されるストアされた干渉縞カウント値
    は、前記機械の相対移動可能な部品の間の予め定めた距
    離から取り出されることを特徴とする機械を較正する方
    法。
  3. 【請求項３】請求の範囲第２項において、前記比較する
    ステップは、前記機械の測定装置（10,11）からの記録
    された測定値間の距離と、前記出力信号により表された
    予め定めた距離とを比較することを特徴とする機械を較
    正する方法。
  4. 【請求項４】請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか
    において、前記干渉測定器械からの出力信号は、干渉測
    定器械から受信機（25）に無線伝送され、該受信機（2
    5）は、前記機械の部品（８）のうちの１つの部品に取
    り付けてあり、前記機械のプローブ端子に伝送するた
    め、測定プローブにより生成された信号と互換可能な出
    力信号を出力することを特徴とする機械を較正する方
    法。
  5. 【請求項５】機械の部品が相対移動する間に機械を較正
    する装置であって、前記装置は、直交する３方向に移動
    可能であって加工物に対してツールを位置させる部品
    と、該相対移動可能な部品の間に位置し該部品の前記３
    方向への相対移動の第１測定値を得る測定装置（10,1
    1）とを有し、前記装置は、前記相対移動を制御するコ
    ントローラと、前記機械に接続された測定プローブから
    の信号を受信し、前記測定装置（10,11）の瞬間読み取
    り値の記録を開始するためのプローブ入力端子とをさら
    に含む装置において、 前記機械に関係して位置させた器械であって、前記第１
    測定値と無関係でさらに、前記３方向のうちの少なくと
    も１方向における第１機械部品（８）の相対移動の第２
    測定値を表す連続干渉縞カウント値を生成する干渉測定
    器械と、 前記相対移動の間の予め定めた間隔と一致する干渉縞カ
    ウント値を生成しストアする手段（30,32;40）と、前記
    干渉測定器械により生成された連続干渉縞カウント値
    と、ストアされた前記干渉縞数とを比較し、一致したと
    きは出力信号を生成し、前記干渉縞カウント値の瞬間値
    を前記第２測定値として記録する手段（30;40）と、 前記第２測定値を記録すると同時に前記出力信号を伝送
    し、前記機械の測定装置（10,11）の瞬間読み取り値の
    記録を開始し前記第１測定値を供給する手段（24）と、
    前記記録された２つの測定値を比較し２つの測定値の差
    を示す手段（42）と を備えたことを特徴とする装置。
JP63502046A 1987-03-06 1988-03-07 機械較正装置およびその装置による較正方法 Expired - Lifetime JP2840720B2 (ja)

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