JP3531882B2 - 三次元測定機の測定誤差補正装置 - Google Patents
三次元測定機の測定誤差補正装置Info
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- JP3531882B2 JP3531882B2 JP07718795A JP7718795A JP3531882B2 JP 3531882 B2 JP3531882 B2 JP 3531882B2 JP 07718795 A JP07718795 A JP 07718795A JP 7718795 A JP7718795 A JP 7718795A JP 3531882 B2 JP3531882 B2 JP 3531882B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、三次元測定機に係り、
特に基本となる移動機構の静的および動的な回転角度を
ジャイロセンサによって検出して、この値から測定誤差
補正量をリアルタイムに求め補正する装置に関するもの
である。
特に基本となる移動機構の静的および動的な回転角度を
ジャイロセンサによって検出して、この値から測定誤差
補正量をリアルタイムに求め補正する装置に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】互いに直交するＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞ
れの方向への直線移動機構を有する各駆動軸を有し、こ
れらの軸によって任意の空間に移動できるようにしたプ
ローブによって、被測定物の表面の三次元座標をμｍ単
位で測定可能な三次元測定機が周知であり、機械加工部
品等の寸法や形状の検査測定に使われている。この三次
元測定機の構造として現在最も多く用いられているの
は、図１に示すような被測定物を載置する定盤１１、コ
ラム１２、Ｘ軸ガイド１３、サポータ１５、スピンドル
１４等により構成される、いわゆる門移動型構造であ
る。
れの方向への直線移動機構を有する各駆動軸を有し、こ
れらの軸によって任意の空間に移動できるようにしたプ
ローブによって、被測定物の表面の三次元座標をμｍ単
位で測定可能な三次元測定機が周知であり、機械加工部
品等の寸法や形状の検査測定に使われている。この三次
元測定機の構造として現在最も多く用いられているの
は、図１に示すような被測定物を載置する定盤１１、コ
ラム１２、Ｘ軸ガイド１３、サポータ１５、スピンドル
１４等により構成される、いわゆる門移動型構造であ
る。
【０００３】この三次元測定機をさらに細かく説明する
と、図２に示すように定盤１１上の門型構造は２本の
足、すなわちコラム１２とサポータ１５により支えられ
ている。サポータ１５と定盤１１の面との間にはエアー
ベアリング等の摺動装置が使われ、ほとんど摩擦のない
状態で重量を支え、ここには駆動力は一切加えられてい
ない。一方コラム１２の下端部のＹ軸スライダ１６に
は、送りねじやベルト等の駆動機構から駆動力を受ける
とともにＹ軸スライダ１６がＹ軸ガイド１７にエアーベ
アリング等の摺動装置により案内されることで、門型構
造全体をＹ軸方向へ駆動可能としている。また、座標値
の検出は、Ｙ軸ガイド１７に貼着されたリニアスケール
上の位置をＹ軸スライダ１６に取付けられた検出器が検
出することで可能としている。
と、図２に示すように定盤１１上の門型構造は２本の
足、すなわちコラム１２とサポータ１５により支えられ
ている。サポータ１５と定盤１１の面との間にはエアー
ベアリング等の摺動装置が使われ、ほとんど摩擦のない
状態で重量を支え、ここには駆動力は一切加えられてい
ない。一方コラム１２の下端部のＹ軸スライダ１６に
は、送りねじやベルト等の駆動機構から駆動力を受ける
とともにＹ軸スライダ１６がＹ軸ガイド１７にエアーベ
アリング等の摺動装置により案内されることで、門型構
造全体をＹ軸方向へ駆動可能としている。また、座標値
の検出は、Ｙ軸ガイド１７に貼着されたリニアスケール
上の位置をＹ軸スライダ１６に取付けられた検出器が検
出することで可能としている。
【０００４】Ｘ軸方向の駆動はＹ軸と同様、送りねじや
ベルト等の駆動機構から駆動力を受けるとともにＸ軸ス
ライダ１８がＸ軸ガイド１３にエアーベアリング等の摺
動装置により案内されることで可能としている。また、
座標値の検出は、Ｘ軸ガイド１３に貼着されたリニアス
ケール上の位置をＸ軸スライダ１８に取り付けられた検
出器が検出することで可能としている。
ベルト等の駆動機構から駆動力を受けるとともにＸ軸ス
ライダ１８がＸ軸ガイド１３にエアーベアリング等の摺
動装置により案内されることで可能としている。また、
座標値の検出は、Ｘ軸ガイド１３に貼着されたリニアス
ケール上の位置をＸ軸スライダ１８に取り付けられた検
出器が検出することで可能としている。
【０００５】Ｚ軸方向の駆動はＸ軸，Ｙ軸と同様、送り
ねじやベルト等の駆動機構から駆動力を受けるとともに
スピンドル１４がＺ軸ガイド１９にエアーベアリング等
の摺動装置により案内されることで可能としている。ま
た座標値の検出は、スピンドル１４に貼着されたリニア
スケール上の位置をＺ軸スライダ１９に取り付けられた
検出器が検出することで可能としている。
ねじやベルト等の駆動機構から駆動力を受けるとともに
スピンドル１４がＺ軸ガイド１９にエアーベアリング等
の摺動装置により案内されることで可能としている。ま
た座標値の検出は、スピンドル１４に貼着されたリニア
スケール上の位置をＺ軸スライダ１９に取り付けられた
検出器が検出することで可能としている。
【０００６】以上説明した門移動型構造の三次元測定機
の特徴は、比較的安価に製造でき、かつ大きな測定空間
を確保できる点にある。また、被測定物の定盤上への載
置等の作業がしやすいなどの長所がある。
の特徴は、比較的安価に製造でき、かつ大きな測定空間
を確保できる点にある。また、被測定物の定盤上への載
置等の作業がしやすいなどの長所がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の門移動
型構造の三次元測定機では、Ｙ軸方向の駆動力を作用さ
せている場所がコラム１２の下端部のみであり、反対側
のサポータ下部はエアーベアリング等で支えているだけ
なので、駆動力を与えた場合、門型構造自身の慣性モー
メントにより構造に歪が生じることになる。例えば図２
において被測定物４０を測定するため、プローブ２０を
三次元測定機のＹ軸方向に移動させると、コラム１２が
Ｙ軸ガイド１７上を移動することになるが、その際コラ
ム１２にはＺ軸方向を中心軸として微小な回転変位、つ
まり歪が生じる。この現象を図４に、コラム１２の真上
から見た模式図として示す。この図に示すように、コラ
ム１２を中心にＸ軸ガイド１３がθだけ、駆動方向とは
略反対方向へ回転しているのがわかる。このコラム１２
の回転変位は、Ｘ軸ガイド１３、Ｘ軸スライダ１８、Ｚ
軸スライダ１９およびスピンドル１４を介してプローブ
２０に伝わり、その結果として主にＹ軸方向の変位とし
て現われる。従って測定子２１を被測定物４０に接触さ
せて測定したときには、上記のようなコラム１２を中心
とする回転変位が発生して、これが測定誤差になってし
まう。
型構造の三次元測定機では、Ｙ軸方向の駆動力を作用さ
せている場所がコラム１２の下端部のみであり、反対側
のサポータ下部はエアーベアリング等で支えているだけ
なので、駆動力を与えた場合、門型構造自身の慣性モー
メントにより構造に歪が生じることになる。例えば図２
において被測定物４０を測定するため、プローブ２０を
三次元測定機のＹ軸方向に移動させると、コラム１２が
Ｙ軸ガイド１７上を移動することになるが、その際コラ
ム１２にはＺ軸方向を中心軸として微小な回転変位、つ
まり歪が生じる。この現象を図４に、コラム１２の真上
から見た模式図として示す。この図に示すように、コラ
ム１２を中心にＸ軸ガイド１３がθだけ、駆動方向とは
略反対方向へ回転しているのがわかる。このコラム１２
の回転変位は、Ｘ軸ガイド１３、Ｘ軸スライダ１８、Ｚ
軸スライダ１９およびスピンドル１４を介してプローブ
２０に伝わり、その結果として主にＹ軸方向の変位とし
て現われる。従って測定子２１を被測定物４０に接触さ
せて測定したときには、上記のようなコラム１２を中心
とする回転変位が発生して、これが測定誤差になってし
まう。
【０００８】また、前記コラム１２の回転変位は、図５
に示すように、Ｚ軸中心周りの回転変位、つまりヨーイ
ングであるが、この他にもＸ軸中心周りの回転変位であ
るピッチング、Ｙ軸中心周りの回転変位であるローリン
グが存在する。
に示すように、Ｚ軸中心周りの回転変位、つまりヨーイ
ングであるが、この他にもＸ軸中心周りの回転変位であ
るピッチング、Ｙ軸中心周りの回転変位であるローリン
グが存在する。
【０００９】従来の測定誤差補正装置は、図９のブロッ
ク図で示されるような回路構成を有しておりその信号処
理の流れは図１２のフロー図のように表わされる。まず
最初に、三次元測定機を設置する際にＹ軸ガイド１７上
におけるＹ軸スライダ１６の任意の位置におけるコラム
１２の前記の回転変位量α，β，γをレーザー干渉計等
を利用した高精度な運動誤差測定装置７０により予め測
定して、三次元測定機の制御装置５０内のコラム回転変
位量メモリ５７に蓄えておく。（図１２中のステップ１
０１）この処理は、三次元測定機を設置する際に１回だ
け実行される。次に実際の測定がステップ１００から開
始されると、ステップ１０２，１０３を経てプローブ２
０からタッチ信号が入力され、リニアスケール１３Ａ、
１７Ａ、１４Ａの値がラッチカウンタ５１乃至５３にラ
ッチされ（ステップ１０４）。次にコラム回転変位メモ
リ５７に（Xr，Yr，Zr）が入力され（ステップ１０
５）、この座標値に対応したコラムの回転変位成分
（α，β，γ）が出力される（ステップ１０５）。次に
補正量算出回路５６Ａに（Xr，Yr，Zr）および（α，
β，γ）が入力されて補正量ベクトルδが出力される
（ステップ１０６）。次に補正座標値算出回路５５に
（Xr，Yr，Zr）と補正量ベクトルδが入力され補正座標
値（Xc，Yc，Zc）がデータ処理装置６０に出力される
（ステップ１０７）。次に全ての測定点を測定したかど
うか判断して、Ｎｏのときはステップ１０２へ戻り、Ｙ
ｅｓのときはステップ１０９に進み測定を終了する（ス
テップ１０８）。以上のような手順で測定誤差を補正し
ていた。
ク図で示されるような回路構成を有しておりその信号処
理の流れは図１２のフロー図のように表わされる。まず
最初に、三次元測定機を設置する際にＹ軸ガイド１７上
におけるＹ軸スライダ１６の任意の位置におけるコラム
１２の前記の回転変位量α，β，γをレーザー干渉計等
を利用した高精度な運動誤差測定装置７０により予め測
定して、三次元測定機の制御装置５０内のコラム回転変
位量メモリ５７に蓄えておく。（図１２中のステップ１
０１）この処理は、三次元測定機を設置する際に１回だ
け実行される。次に実際の測定がステップ１００から開
始されると、ステップ１０２，１０３を経てプローブ２
０からタッチ信号が入力され、リニアスケール１３Ａ、
１７Ａ、１４Ａの値がラッチカウンタ５１乃至５３にラ
ッチされ（ステップ１０４）。次にコラム回転変位メモ
リ５７に（Xr，Yr，Zr）が入力され（ステップ１０
５）、この座標値に対応したコラムの回転変位成分
（α，β，γ）が出力される（ステップ１０５）。次に
補正量算出回路５６Ａに（Xr，Yr，Zr）および（α，
β，γ）が入力されて補正量ベクトルδが出力される
（ステップ１０６）。次に補正座標値算出回路５５に
（Xr，Yr，Zr）と補正量ベクトルδが入力され補正座標
値（Xc，Yc，Zc）がデータ処理装置６０に出力される
（ステップ１０７）。次に全ての測定点を測定したかど
うか判断して、Ｎｏのときはステップ１０２へ戻り、Ｙ
ｅｓのときはステップ１０９に進み測定を終了する（ス
テップ１０８）。以上のような手順で測定誤差を補正し
ていた。
【００１０】ところで、コラムの回転変位には、三次元
測定機のＹ軸運動機構自体に起因するもの、つまり三次
元測定機が静止している状態においても存在する、いわ
ゆる静的な回転運動と呼ばれるものと、三次元測定機が
加減速することによって発生するコラムの曲げやねじれ
といった弾性歪あるいは振動に起因するもの、つまり三
次元測定機が動いている状態で発生する、いわゆる動的
な回転運動と呼ばれるものの２種類がある。従来の測定
誤差補正装置は、コラム１２の静的な回転運動によって
発生する測定誤差を補正することは可能である。しか
し、実際の測定においては、加減速の状態は様々である
ため、コラムの動的な回転運動によって発生する測定誤
差を補正することはできない。また、レーザー干渉計等
を利用した高精度な運動誤差測定装置７０による測定に
は高度に熟練した作業者を必要とし、またその作業は極
めて繁雑で長時間を要する等の問題がある。
測定機のＹ軸運動機構自体に起因するもの、つまり三次
元測定機が静止している状態においても存在する、いわ
ゆる静的な回転運動と呼ばれるものと、三次元測定機が
加減速することによって発生するコラムの曲げやねじれ
といった弾性歪あるいは振動に起因するもの、つまり三
次元測定機が動いている状態で発生する、いわゆる動的
な回転運動と呼ばれるものの２種類がある。従来の測定
誤差補正装置は、コラム１２の静的な回転運動によって
発生する測定誤差を補正することは可能である。しか
し、実際の測定においては、加減速の状態は様々である
ため、コラムの動的な回転運動によって発生する測定誤
差を補正することはできない。また、レーザー干渉計等
を利用した高精度な運動誤差測定装置７０による測定に
は高度に熟練した作業者を必要とし、またその作業は極
めて繁雑で長時間を要する等の問題がある。
【００１１】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、その目的は三次元測定機において、コラム
の静的および動的な回転運動によって発生する測定誤差
をリアルタイムに検出補正する装置を提供することであ
る。
ものであり、その目的は三次元測定機において、コラム
の静的および動的な回転運動によって発生する測定誤差
をリアルタイムに検出補正する装置を提供することであ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、被測定物を載置する定盤と、前記定盤に
対して垂直に取り付けられて直線移動のための駆動力を
受けるコラムと、このコラムに取り付けられコラムの移
動方向とは異なる方向へ移動する移動機構とを備え、こ
の移動機構に取り付けられたプローブを用いて前記被測
定物表面の三次元座標値を測定する三次元測定機におい
て、前記コラムの上部に配設されコラムの中心軸周りの
回転角度を検出するジャイロセンサと、前記ジャイロセ
ンサからの検出値を大きさとするコラムの中心軸に平行
なベクトルと、前記コラムが駆動力を受ける位置からプ
ローブ先端に装着された球状測定子の中心に至るベクト
ルとの外積から補正量ベクトルを算出する補正量算出手
段と、前記補正量ベクトルと三次元測定機の補正前の測
定座標値を加算した座標値を求める補正座標値算出手段
と、を備えたことを特徴とする。
成するために、被測定物を載置する定盤と、前記定盤に
対して垂直に取り付けられて直線移動のための駆動力を
受けるコラムと、このコラムに取り付けられコラムの移
動方向とは異なる方向へ移動する移動機構とを備え、こ
の移動機構に取り付けられたプローブを用いて前記被測
定物表面の三次元座標値を測定する三次元測定機におい
て、前記コラムの上部に配設されコラムの中心軸周りの
回転角度を検出するジャイロセンサと、前記ジャイロセ
ンサからの検出値を大きさとするコラムの中心軸に平行
なベクトルと、前記コラムが駆動力を受ける位置からプ
ローブ先端に装着された球状測定子の中心に至るベクト
ルとの外積から補正量ベクトルを算出する補正量算出手
段と、前記補正量ベクトルと三次元測定機の補正前の測
定座標値を加算した座標値を求める補正座標値算出手段
と、を備えたことを特徴とする。
【００１３】また、本発明は上記手段に加え、前記コラ
ムの上部に配設され、コラムのピッチング、ローリン
グ、ヨーイングの各成分毎に回転角度を検出する３軸ジ
ャイロセンサと、前記３軸ジャイロセンサから得られる
値を成分とするベクトルと、前記コラムが駆動力を受け
る位置からプローブ先端に装着された球状測定子の中心
に至るベクトルとの外積から補正量ベクトルを算出する
補正量算出手段と、前記補正量ベクトルと三次元測定機
の補正前の測定座標値を加算した座標値を求める補正座
標値算出手段と、を備えることで三次元測定機の測定誤
差補正装置を構成することも可能である。
ムの上部に配設され、コラムのピッチング、ローリン
グ、ヨーイングの各成分毎に回転角度を検出する３軸ジ
ャイロセンサと、前記３軸ジャイロセンサから得られる
値を成分とするベクトルと、前記コラムが駆動力を受け
る位置からプローブ先端に装着された球状測定子の中心
に至るベクトルとの外積から補正量ベクトルを算出する
補正量算出手段と、前記補正量ベクトルと三次元測定機
の補正前の測定座標値を加算した座標値を求める補正座
標値算出手段と、を備えることで三次元測定機の測定誤
差補正装置を構成することも可能である。
【００１４】ここで本発明で使われている補正計算の基
本原理について説明する。図６に示すように、三次元空
間内の任意のベクトルρが、その始点を中心にして任意
の回転軸の周りに微小角だけ回転する場合、ベクトルρ
の終点の変位ベクトルδは近似的に次式で表わされる。 δ≒ε×ρ （×はベクトルの外積を表わす） （１） ここでεは各軸回りの回転角、α，β，γを各成分とす
るベクトルである。たとえば、前述したように門移動型
三次元測定機において、コラム１２に駆動力が作用する
一点を中心にコラム１２自身が回転した場合、図３に示
すようにコラム１２の回転中心から球状の測定子２１の
中心に至るベクトルをρ＝（Lx，Ly，Lz）とし、コラム
１２の角変位ベクトルε＝（０，０，θ）とすると、こ
の回転による球状の測定子２１の中心座標値の変位ベク
トルδは近似的に δ≒ε×ρ＝（−Lyθ，Lxθ，０） （２） となる。さらにこの考え方を拡張して、図５に示すよう
にコラム１２に発生するピッチング、ローリング、ヨー
イング各回転角度α，β，γから角変位ベクトルをε＝
（α，β，γ）とし、コラム１２の回転中心から前記球
状の測定子２１の中心に至るベクトルをρ＝（Lx，Ly，
Lz）とすると、この回転による球状の測定子２１の中心
座標値の変位ベクトルδは近似的に δ≒ε×ρ＝（Lzβ−Lyγ，Lxγ−Lzα，Lyα−Lxβ） （３） となる。これを基にして測定座標値を補正することがで
きる。
本原理について説明する。図６に示すように、三次元空
間内の任意のベクトルρが、その始点を中心にして任意
の回転軸の周りに微小角だけ回転する場合、ベクトルρ
の終点の変位ベクトルδは近似的に次式で表わされる。 δ≒ε×ρ （×はベクトルの外積を表わす） （１） ここでεは各軸回りの回転角、α，β，γを各成分とす
るベクトルである。たとえば、前述したように門移動型
三次元測定機において、コラム１２に駆動力が作用する
一点を中心にコラム１２自身が回転した場合、図３に示
すようにコラム１２の回転中心から球状の測定子２１の
中心に至るベクトルをρ＝（Lx，Ly，Lz）とし、コラム
１２の角変位ベクトルε＝（０，０，θ）とすると、こ
の回転による球状の測定子２１の中心座標値の変位ベク
トルδは近似的に δ≒ε×ρ＝（−Lyθ，Lxθ，０） （２） となる。さらにこの考え方を拡張して、図５に示すよう
にコラム１２に発生するピッチング、ローリング、ヨー
イング各回転角度α，β，γから角変位ベクトルをε＝
（α，β，γ）とし、コラム１２の回転中心から前記球
状の測定子２１の中心に至るベクトルをρ＝（Lx，Ly，
Lz）とすると、この回転による球状の測定子２１の中心
座標値の変位ベクトルδは近似的に δ≒ε×ρ＝（Lzβ−Lyγ，Lxγ−Lzα，Lyα−Lxβ） （３） となる。これを基にして測定座標値を補正することがで
きる。
【００１５】
【作用】三次元測定機のコラム上端部にジャイロセンサ
を配設することで、コラムのヨーイングの回転角度を検
出できる。また、前記ジャイロセンサを３軸タイプのも
のにすることで、ピッチング、ローリング、ヨーイング
各回転角度を検出することができ、この値を成分とする
ベクトルと、コラムを移動させるスライダの中心からプ
ローブ先端に装着された測定子の中心に至るベクトルの
外積を計算することで、補正量ベクトルを求めることが
できる。この補正量ベクトルを測定座標値に加算するこ
とで、三次元測定機の測定座標値を補正することができ
る。
を配設することで、コラムのヨーイングの回転角度を検
出できる。また、前記ジャイロセンサを３軸タイプのも
のにすることで、ピッチング、ローリング、ヨーイング
各回転角度を検出することができ、この値を成分とする
ベクトルと、コラムを移動させるスライダの中心からプ
ローブ先端に装着された測定子の中心に至るベクトルの
外積を計算することで、補正量ベクトルを求めることが
できる。この補正量ベクトルを測定座標値に加算するこ
とで、三次元測定機の測定座標値を補正することができ
る。
【００１６】
【実施例】以下、本発明を用いた好適な実施例について
図面を用いて説明する。図２に、本発明に係る、門型構
造を成し門型構造が測定物を載置する定盤上を摺動する
三次元測定機の模式図を示す。なお、図２の中で図１と
同一符号を付したものは同一構成要素を表わしている。
図中、コラム１２の上端部にはジャイロセンサ３０が配
設されている。このジャイロセンサ３０はコラム１２の
中心軸、つまりＺ軸中心周りのコラム１２の回転変位角
度を検出することができる。この現象をコラム１２の上
方から見たときの模式図を図４に示す。この図のように
コラム１２の下端部のＹ軸スライダ１６に駆動力を作用
させて、三次元測定機の門型構造をプラスＹ軸方向へ移
動させると、門型構造自身の慣性モーメントによりＸ軸
ガイド１３はコラム１２の中心軸に対して微小な角度θ
だけ回転するものと考えられる。三次元測定機は高剛性
であるように作られているためこの角度θは極めて小さ
い値であるが、高速駆動かつ高精度の三次元測定機を実
現しようとした場合、この角度θによる測定誤差が無視
できなくなってくる。この角度θの値をコラム１２の上
端部に取り付けた前記ジャイロセンサ３０によりリアル
タイムに検出する。
図面を用いて説明する。図２に、本発明に係る、門型構
造を成し門型構造が測定物を載置する定盤上を摺動する
三次元測定機の模式図を示す。なお、図２の中で図１と
同一符号を付したものは同一構成要素を表わしている。
図中、コラム１２の上端部にはジャイロセンサ３０が配
設されている。このジャイロセンサ３０はコラム１２の
中心軸、つまりＺ軸中心周りのコラム１２の回転変位角
度を検出することができる。この現象をコラム１２の上
方から見たときの模式図を図４に示す。この図のように
コラム１２の下端部のＹ軸スライダ１６に駆動力を作用
させて、三次元測定機の門型構造をプラスＹ軸方向へ移
動させると、門型構造自身の慣性モーメントによりＸ軸
ガイド１３はコラム１２の中心軸に対して微小な角度θ
だけ回転するものと考えられる。三次元測定機は高剛性
であるように作られているためこの角度θは極めて小さ
い値であるが、高速駆動かつ高精度の三次元測定機を実
現しようとした場合、この角度θによる測定誤差が無視
できなくなってくる。この角度θの値をコラム１２の上
端部に取り付けた前記ジャイロセンサ３０によりリアル
タイムに検出する。
【００１７】次に前記ジャイロセンサ３０からの検出信
号がどのように処理されるかを図３、７および１０を用
いて説明する。図３は図２の三次元測定機の基本構造を
簡略に表わした図、図７はブロック回路図であり、図１
０は信号処理の流れを示したフローチャートである。リ
ニアスケール１３Ａ、１７Ａ、１４Ａおよびジャイロセ
ンサ３０からの検出信号は絶えず制御装置５０内のラッ
チカウンタ５１乃至５３およびラッチ回路５４に入力さ
れており、ステップ８１、８２を経てプローブ２０から
タッチ信号が入力されると、リニアスケール１３Ａ、１
７Ａ、１４Ａの値をラッチカウンタ５１乃至５３にラッ
チするとともにジャイロセンサ３０からの検出信号をラ
ッチ回路５４にラッチする（ステップ８３）。次にこの
ラッチされたリニアスケールの読み取り値（Xr，Yr，Z
r）およびジャイロセンサ３０の検出値θは、補正量算
出回路５６に入力される。補正量算出回路５６にはあら
かじめ、図３に示すＨ，Ｌおよび（Dx，Dy，Dz）の値が
設定されていて、これを基にして図３に示すベクトルρ
および補正量ベクトルδを算出する（ステップ８４）。
すなわち、 ρ＝（Xr＋Dx，−L ＋Dy，H ＋Zr＋Dz） （４） ここで、角変位ベクトルε＝（０，０，θ）であるの
で、従って補正量ベクトルδは δ＝ε×ρ＝（−（−L ＋Dy）θ，（Xr＋Dx）θ，０） （５） となる。次に８５においてこの補正量ベクトルδは前記
（Xr，Yr，Zr）とともに補正座標値算出回路５５に入力
され、補正済み座標値（Xc，Yc，Zc）が求められる。す
なわち、 （Xc，Yc，Zc）＝（Xr，Yr，Zr）＋（−（−L ＋Dy）θ，（Xr＋Dx）θ， ０）＝（Xr−（−L ＋Dy）θ，Yr＋（Xr＋Dx）θ，Zr） （６） この補正済み座標値（Xc，Yc，Zc）はさらにデータ処理
装置６０に入力され測定データとして表示記録、幾何計
算処理等が行われる。
号がどのように処理されるかを図３、７および１０を用
いて説明する。図３は図２の三次元測定機の基本構造を
簡略に表わした図、図７はブロック回路図であり、図１
０は信号処理の流れを示したフローチャートである。リ
ニアスケール１３Ａ、１７Ａ、１４Ａおよびジャイロセ
ンサ３０からの検出信号は絶えず制御装置５０内のラッ
チカウンタ５１乃至５３およびラッチ回路５４に入力さ
れており、ステップ８１、８２を経てプローブ２０から
タッチ信号が入力されると、リニアスケール１３Ａ、１
７Ａ、１４Ａの値をラッチカウンタ５１乃至５３にラッ
チするとともにジャイロセンサ３０からの検出信号をラ
ッチ回路５４にラッチする（ステップ８３）。次にこの
ラッチされたリニアスケールの読み取り値（Xr，Yr，Z
r）およびジャイロセンサ３０の検出値θは、補正量算
出回路５６に入力される。補正量算出回路５６にはあら
かじめ、図３に示すＨ，Ｌおよび（Dx，Dy，Dz）の値が
設定されていて、これを基にして図３に示すベクトルρ
および補正量ベクトルδを算出する（ステップ８４）。
すなわち、 ρ＝（Xr＋Dx，−L ＋Dy，H ＋Zr＋Dz） （４） ここで、角変位ベクトルε＝（０，０，θ）であるの
で、従って補正量ベクトルδは δ＝ε×ρ＝（−（−L ＋Dy）θ，（Xr＋Dx）θ，０） （５） となる。次に８５においてこの補正量ベクトルδは前記
（Xr，Yr，Zr）とともに補正座標値算出回路５５に入力
され、補正済み座標値（Xc，Yc，Zc）が求められる。す
なわち、 （Xc，Yc，Zc）＝（Xr，Yr，Zr）＋（−（−L ＋Dy）θ，（Xr＋Dx）θ， ０）＝（Xr−（−L ＋Dy）θ，Yr＋（Xr＋Dx）θ，Zr） （６） この補正済み座標値（Xc，Yc，Zc）はさらにデータ処理
装置６０に入力され測定データとして表示記録、幾何計
算処理等が行われる。
【００１８】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。まず、前述の実施例におけるジャイロセンサ３０を
同時に三軸方向の回転角度変位を検出可能なものに替え
る。つまり図５に示すようにコラム１２のピッチング、
ローリング、ヨーイングであるα，β，γを同時に検出
可能な３軸ジャイロセンサ３０Ａを採用する。前記ジャ
イロセンサ３０Ａからの検出信号がどのように処理され
るかを図３、８および１１を用いて説明する。図８はブ
ロック回路図を示し、また図１１はこの処理の流れを示
したフローチャートである。
る。まず、前述の実施例におけるジャイロセンサ３０を
同時に三軸方向の回転角度変位を検出可能なものに替え
る。つまり図５に示すようにコラム１２のピッチング、
ローリング、ヨーイングであるα，β，γを同時に検出
可能な３軸ジャイロセンサ３０Ａを採用する。前記ジャ
イロセンサ３０Ａからの検出信号がどのように処理され
るかを図３、８および１１を用いて説明する。図８はブ
ロック回路図を示し、また図１１はこの処理の流れを示
したフローチャートである。
【００１９】リニアスケール１３Ａ、１７Ａ、１４Ａお
よびジャイロセンサ３０Ａからの検出信号は絶えず制御
装置５０内のラッチカウンタ５１乃至５３およびラッチ
回路５４に入力されている。ステップ９１、９２を経て
プローブ２０からタッチ信号が入力されると、リニアス
ケール１３Ａ、１７Ａ、１４Ａの値をラッチカウンタ５
１乃至５３にラッチするとともにジャイロセンサ３０Ａ
からの検出信号α，β，γをラッチ回路５４Ａ乃至５４
Ｃにラッチする（ステップ９３）。次にこのラッチされ
たリニアスケールの読み取り値（Xr，Yr，Zr）およびジ
ャイロセンサ３０Ａの検出値（α，β，γ）は、９４に
おいて補正量算出回路５６Ａに入力される。補正量算出
回路５６Ａにはあらかじめ、図３に示すＨ，Ｌおよび
（Dx，Dy，Dz）の値が設定されていて、これを基にして
図３に示すベクトルρおよび補正量ベクトルδを算出す
る（ステップ９４）。すなわち、 ρ＝（Xr＋Dx，−L ＋Dy，H ＋Zr＋Dz） （７） ここで、角変位ベクトルε＝（α，β，γ）であるの
で、従って補正量ベクトルδは δ＝ε×ρ＝（（H ＋Zr＋Dz）β−（−L ＋Dy）γ， （Xr＋Dx）γ−（H ＋Zr＋Dz）α， （−L ＋Dy）α−（Xr＋Dx）β） （８） となる。この補正量ベクトルδは前記（Xr，Yr，Zr）と
ともに補正座標値算出回路５５に入力され、補正済み座
標値（Xc，Yc，Zc）が求められる（ステップ９５）。す
なわち、 （Xc，Yc，Zc）＝（Xr，Yr，Zr）＋（（H ＋Zr＋Dz）β−（−L ＋Dy）γ ，（Xr＋Dx）γ−（H ＋Zr＋Dz）α，（−L ＋Dy）α−（Xr＋Dx）β） （９） この補正済み座標値（Xc，Yc，Zc）はさらにデータ処理
装置６０に入力され測定データとして表示記録、幾何計
算処理等が行われる。
よびジャイロセンサ３０Ａからの検出信号は絶えず制御
装置５０内のラッチカウンタ５１乃至５３およびラッチ
回路５４に入力されている。ステップ９１、９２を経て
プローブ２０からタッチ信号が入力されると、リニアス
ケール１３Ａ、１７Ａ、１４Ａの値をラッチカウンタ５
１乃至５３にラッチするとともにジャイロセンサ３０Ａ
からの検出信号α，β，γをラッチ回路５４Ａ乃至５４
Ｃにラッチする（ステップ９３）。次にこのラッチされ
たリニアスケールの読み取り値（Xr，Yr，Zr）およびジ
ャイロセンサ３０Ａの検出値（α，β，γ）は、９４に
おいて補正量算出回路５６Ａに入力される。補正量算出
回路５６Ａにはあらかじめ、図３に示すＨ，Ｌおよび
（Dx，Dy，Dz）の値が設定されていて、これを基にして
図３に示すベクトルρおよび補正量ベクトルδを算出す
る（ステップ９４）。すなわち、 ρ＝（Xr＋Dx，−L ＋Dy，H ＋Zr＋Dz） （７） ここで、角変位ベクトルε＝（α，β，γ）であるの
で、従って補正量ベクトルδは δ＝ε×ρ＝（（H ＋Zr＋Dz）β−（−L ＋Dy）γ， （Xr＋Dx）γ−（H ＋Zr＋Dz）α， （−L ＋Dy）α−（Xr＋Dx）β） （８） となる。この補正量ベクトルδは前記（Xr，Yr，Zr）と
ともに補正座標値算出回路５５に入力され、補正済み座
標値（Xc，Yc，Zc）が求められる（ステップ９５）。す
なわち、 （Xc，Yc，Zc）＝（Xr，Yr，Zr）＋（（H ＋Zr＋Dz）β−（−L ＋Dy）γ ，（Xr＋Dx）γ−（H ＋Zr＋Dz）α，（−L ＋Dy）α−（Xr＋Dx）β） （９） この補正済み座標値（Xc，Yc，Zc）はさらにデータ処理
装置６０に入力され測定データとして表示記録、幾何計
算処理等が行われる。
【００２０】以上、本発明について好適な実施例を挙げ
て説明したが、本発明は、この実施例に限られるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更が可能
である。たとえば、上記実施例では、三次元測定機の構
造を門移動型に限って説明したが、被測定物を載置する
定盤と、この定盤とは垂直であるとともに摺動のための
駆動力を受けるコラムと、このコラムの側面に取り付け
られかつ上下に駆動力を受けて摺動可能なスライダと、
このスライダに取り付けられコラムとは垂直な方向へ駆
動力を受けて摺動可能な主軸を備えた、いわゆる片持ち
梁型の三次元測定機においても本発明を利用することが
できる。
て説明したが、本発明は、この実施例に限られるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での変更が可能
である。たとえば、上記実施例では、三次元測定機の構
造を門移動型に限って説明したが、被測定物を載置する
定盤と、この定盤とは垂直であるとともに摺動のための
駆動力を受けるコラムと、このコラムの側面に取り付け
られかつ上下に駆動力を受けて摺動可能なスライダと、
このスライダに取り付けられコラムとは垂直な方向へ駆
動力を受けて摺動可能な主軸を備えた、いわゆる片持ち
梁型の三次元測定機においても本発明を利用することが
できる。
【００２１】また、ジャイロセンサには圧電素子を利用
した振動ジャイロ、光ファイバを利用した光ファイバジ
ャイロなどがあるが、いずれのジャイロセンサにおいて
も、回転角度、回転角速度の検出が可能となっていて、
感度、精度ともに十分高ければ、いずれのジャイロセン
サを用いても本発明は実施可能である。
した振動ジャイロ、光ファイバを利用した光ファイバジ
ャイロなどがあるが、いずれのジャイロセンサにおいて
も、回転角度、回転角速度の検出が可能となっていて、
感度、精度ともに十分高ければ、いずれのジャイロセン
サを用いても本発明は実施可能である。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、コ
ラムの回転運動のうち、静的な回転運動と動的な回転運
動の両方によって発生する測定誤差を補正することがで
きる。
ラムの回転運動のうち、静的な回転運動と動的な回転運
動の両方によって発生する測定誤差を補正することがで
きる。
【００２３】また、従来からおこなわれている補正方法
では任意の空間座標毎に補正値を予めレーザー干渉測長
装置等で計測して記憶装置等に記憶しておく必要があっ
たが、本発明では３軸ジャイロセンサから検出した値に
基づき補正値をその都度リアルタイムに算出するので、
補正値を予めレーザー干渉測長装置等で計測したり記憶
装置に記憶させておく必要が全くない。
では任意の空間座標毎に補正値を予めレーザー干渉測長
装置等で計測して記憶装置等に記憶しておく必要があっ
たが、本発明では３軸ジャイロセンサから検出した値に
基づき補正値をその都度リアルタイムに算出するので、
補正値を予めレーザー干渉測長装置等で計測したり記憶
装置に記憶させておく必要が全くない。
【図１】本発明に係る門移動型構造の三次元測定機であ
る。
る。
【図２】本発明に係る門移動型構造の三次元測定機の模
式図である。
式図である。
【図３】本発明に係る門移動型構造の三次元測定機の構
造を簡略化した模式図である。
造を簡略化した模式図である。
【図４】三次元測定機のコラムに生じる微小な回転変位
を真上から見た模式図である。
を真上から見た模式図である。
【図５】駆動に伴い三次元測定機のコラムに生じるピッ
チング、ローリング、ヨーイングを説明する図である。
チング、ローリング、ヨーイングを説明する図である。
【図６】本発明の基本原理を説明する図である。
【図７】本発明に係る三次元測定機の測定誤差補正装置
のブロック回路図である。
のブロック回路図である。
【図８】本発明に係る三次元測定機の測定誤差補正装置
のブロック回路図である。
のブロック回路図である。
【図９】従来例における三次元測定機の測定誤差補正装
置のブロック回路図である。
置のブロック回路図である。
【図１０】本発明に係る処理の流れを示したフローチャ
ートである。
ートである。
【図１１】本発明に係る処理の流れを示したフローチャ
ートである。
ートである。
【図１２】従来例における処理の流れを示したフローチ
ャートである。
ャートである。
10 三次元測定機
11 定盤
12 コラム
13 Ｘ軸ガイド
13Ａ リニアスケール（Ｘ軸）
14 Ｚ軸スピンドル
14Ａ リニアスケール（Ｚ軸）
15 サポータ
16 Ｙ軸スライダ
17 Ｙ軸ガイド
17Ａ リニアスケール（Ｙ軸）
18 Ｘ軸スライダ
19 Ｚ軸スライダ
20 プローブ
21 測定子
30 ジャイロセンサ
30A 三軸ジャイロセンサ
40 被測定物
50 制御装置
51 ラッチカウンタ（Ｘ軸）
52 ラッチカウンタ（Ｙ軸）
53 ラッチカウンタ（Ｚ軸）
54 ラッチ回路
54Ａ ラッチ回路
54B ラッチ回路
54C ラッチ回路
55 補正座標値算出回路
56 補正量算出回路
56Ａ 補正量算出回路
57 コラム回転変位量メモリ
60 データ処理装置
70 運動誤差測定装置
Claims (2)
- 【請求項１】 被測定物を載置する定盤と、前記定盤に
対して垂直に取り付けられて直線移動のための駆動力を
受けるコラムと、このコラムに取り付けられコラムの移
動方向とは異なる方向へ移動する移動機構とを備え、こ
の移動機構に取り付けられたプローブを用いて前記被測
定物表面の三次元座標値を測定する三次元測定機におい
て、 前記コラムの上部に配設されコラムの中心軸周りの回転
角度を検出するジャイロセンサと、 前記ジャイロセンサからの検出値を大きさとするコラム
の中心軸に平行なベクトルと、前記コラムが駆動力を受
ける位置からプローブ先端に装着された球状測定子の中
心に至るベクトルとの外積から補正量ベクトルを算出す
る補正量算出手段と、 前記補正量ベクトルと三次元測定機の補正前の測定座標
値を加算した座標値を求める補正座標値算出手段と、 を備えたことを特徴とする三次元測定機の測定誤差補正
装置。 - 【請求項２】 前記請求項１において、 前記コラムの上部に配設され、コラムのピッチング、ロ
ーリング、ヨーイングの各成分毎に回転角度を検出する
３軸ジャイロセンサと、 前記３軸ジャイロセンサから得られる値を成分とするベ
クトルと、前記コラムが駆動力を受ける位置からプロー
ブ先端に装着された球状測定子の中心に至るベクトルと
の外積から補正量ベクトルを算出する補正量算出手段
と、 前記補正量ベクトルと三次元測定機の補正前の測定座標
値を加算した座標値を求める補正座標値算出手段と、 を備えたことを特徴とする三次元測定機の測定誤差補正
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07718795A JP3531882B2 (ja) | 1995-03-08 | 1995-03-08 | 三次元測定機の測定誤差補正装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07718795A JP3531882B2 (ja) | 1995-03-08 | 1995-03-08 | 三次元測定機の測定誤差補正装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08247756A JPH08247756A (ja) | 1996-09-27 |
| JP3531882B2 true JP3531882B2 (ja) | 2004-05-31 |
Family
ID=13626822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07718795A Expired - Fee Related JP3531882B2 (ja) | 1995-03-08 | 1995-03-08 | 三次元測定機の測定誤差補正装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3531882B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014153341A (ja) * | 2013-02-14 | 2014-08-25 | Satoshi Kiyono | 座標測定機 |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3827496B2 (ja) * | 1999-11-12 | 2006-09-27 | 松下電器産業株式会社 | 形状測定方法 |
| JP3634275B2 (ja) * | 2001-03-05 | 2005-03-30 | 株式会社ミツトヨ | 位置測定装置 |
| JP4213527B2 (ja) * | 2003-06-25 | 2009-01-21 | 株式会社日立製作所 | 立体形状計測装置 |
| US20110060542A1 (en) * | 2007-06-28 | 2011-03-10 | Hexagon Metrology S.P.A. | Method for determining dynamic errors in a measuring machine |
| JP5361334B2 (ja) | 2008-10-31 | 2013-12-04 | 株式会社ミツトヨ | 産業機械 |
| JP5523995B2 (ja) * | 2010-09-03 | 2014-06-18 | 株式会社ミツトヨ | 測定装置 |
| JP5677360B2 (ja) * | 2012-04-16 | 2015-02-25 | 株式会社東京精密 | 三次元座標測定機 |
| JP5717914B1 (ja) * | 2014-12-16 | 2015-05-13 | 株式会社東京精密 | 三次元座標測定機 |
| JP6025905B2 (ja) * | 2015-04-06 | 2016-11-16 | 株式会社東京精密 | 三次元座標測定機 |
| JP6478961B2 (ja) * | 2016-10-11 | 2019-03-06 | 株式会社東京精密 | 三次元座標測定機 |
| CN108286946B (zh) * | 2018-01-30 | 2020-03-31 | 周蕊 | 传感器位置标定和数据拼接的方法及系统 |
-
1995
- 1995-03-08 JP JP07718795A patent/JP3531882B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014153341A (ja) * | 2013-02-14 | 2014-08-25 | Satoshi Kiyono | 座標測定機 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08247756A (ja) | 1996-09-27 |
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