JP4049272B2 - 光学式３次元測定機の検査マスタ用基準部材 - Google Patents

Description

本発明は、光学式の３次元測定機の精度検査や測定誤差の校正を行うための検査マスタに取り付けて用いる基準部材に関する。

従来、自動車用のエンジンや変速機のケース類のような機械部品類の寸法測定には、測定テーブル（ベッド）上にセッティングした被測定物に対してプローブ（測定子）の先端を接触させて測定を行うようにした３次元測定機が用いられている。

このような３次元測定機は、測定精度を維持するために、高精度に仕上げられた基準となる検査マスタを用いて、定期的に精度の検査や測定誤差の校正が行われている。（特許文献１、２参照）
特開２００２−３３０４２８号公報 特開２００２−１９５８２０号公報

これらの検査マスタは、３次元測定機のプローブが接触するための高精度に仕上げられた基準測定面を有する複数の基準部材を備えており、３次元測定機による異なる基準部材の基準測定面間の距離等の実測データを検査マスタの基準値と比較することにより、３次元測定機の精度を評価している。

前述したような、被測定物にプローブの先端を接触させて測定する接触式の３次元測定機は、被測定面がプローブとの接触で、傷つく恐れがあったり、あるいは、簡単に変形を生じる素材で製作された被測定物の寸法測定には不向きであり、このような被測定物の場合には、寸法測定を非接触で行うことのできる光学式の３次元測定機が用いられている。

光学式の３次元測定機は、被測定物に接触するプローブを備えておらず、代わりにレーザ光等の測定光を被測定面に照射し、その反射光を検出器で捉えて被測定面と検出器間の距離を測定する構造を備えている。（特許文献３参照）
特表２００４−５０４５８６号公報

前述したような、光学式の３次元測定機においては、接触式の３次元測定機に用いられている従来の検査マスタでは、基準測定面に光学的に距離を測定するための指標が設けられていないため、光学式３次元測定機の精度検査や校正を、接触式の３次元測定機と同様には行うことができなかった。

そこで、本発明は、前述したような問題を解決し、光学式３次元測定機の精度検査や測定誤差の校正を接触式の３次元測定機と同様な方法で容易に行うことができる、検査マスタ用基準部材を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の光学式３次元測定機の検査マスタ用基準部材は、３次元測定機から照射された測定光を反射する球面状の被測定面を有し、前記被測定面に前記測定光を乱反射させるための複数の線状溝を当該被測定面上の一点で互いに交差するように形成したものである。また、本発明においては、前記線状溝は被測定面上の一点を交点とする十字溝であることが望ましい。

請求項１に記載された発明に係る光学式３次元測定機の検査マスタ用基準部材によれば、光学式３次元測定機の精度検査を行う場合に、球面状の被測定面上の一点で互いに交差するように複数の線状溝を形成してあるため、３次元測定機から被測定面に向けて照射された測定光が、線状溝で乱反射されるため、線状溝の画像を３次元測定機が備えたＣＣＤカメラ等の光検出器によって明瞭に捉えることができ、被測定面上の線状溝の交点の位置を高精度で測定することができる。

また、請求項２に記載された発明に係る光学式３次元測定機の検査マスタ用基準部材によれば、被測定面に形成された線状溝が、被測定面上の１点を交点とする十字溝であるため、線状溝の形成が容易であるとともに、前記交点の位置を高精度且つ容易に測定することができる。

図１は、本発明の検査マスタ用基準部材を有する検査マスタを光学式３次元測定機（以下、単に３次元測定機という。）にセットした状態を示す斜視図である。
３次元測定機１は、被測定物を載置する測定テーブル２を有し、この測定テーブル２の両側に、同図に示すように、水平面内のＸ方向にスライド自在に支持された門型の可動フレーム３と、前記可動フレーム３にスライド自在に支持されて、水平面内でＸ方向と直角なＹ方向にスライド自在なヘッド部４と、前記ヘッド部４に対し上下方向、すなわちＺ方向に上下動自在に支持された昇降筒５とを備えている。

昇降筒５の内部には、図示していないが、被測定物に向けて測定光としてのレーザ光を照射するレーザ光源と、被測定物から反射されてきたレーザ光を受光するＣＣＤカメラが内蔵されており、昇降筒５は、可動フレーム３、ヘッド部４、及び、昇降筒５をそれぞれ、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向へ移動させることによって３次元で位置決めできるようになっている。

３次元測定機１によって、エンジンブロック等のワークの仕上げ面の寸法測定等を行う通常の使用状態においては、測定テーブル２上にワークを載置して、昇降筒５の下端から照射されるレーザ光をワークの被測定面に当て、反射光をＣＣＤカメラで捉えて３次元方向に位置を測定する。

同図においては、測定テーブル３上には治具パレット６が取り付けられており、この治具パレット上に３次元測定機１の精度検査を行うための検査マスタ７が搭載されている。

図２は、検査マスタ７の構造を示す斜視図であって、本実施形態においては、検査マスタ７は熱膨張が小さく寸法安定性に優れた石英ガラスを素材としてブロック状に一体に製作されたマスタ本体８と、このマスタ本体８にホルダ９を介して固定されている複数の球状の基準部材１０から構成されている。

マスタ本体８は、上面８Ａが平坦に仕上げられ、側面は、円筒面の一部を４箇所平坦に削り落とした形状に仕上げられている。側面に形成された４箇所の平坦面８Ｂは全て同一形状であって、上面８Ａとそれぞれ直角で且つ、円周方向に隣接するものどうし互いに直角に仕上げられている。

基準部材１０は、球形に形成されていて、マスタ本体８の上面８Ａの中心から所定の半径の円周上に４個、側面のそれぞれの平坦面８Ｂの中央部に１個ずつ、合計８個が取り付けられている。

図３は、マスタ本体８の上面８Ａに取り付けられている基準部材１０の取付構造を示す部分断面図であって、マスタ本体８は中空に形成されていて、その上面８Ａと内側の中空部分との間は一様な肉厚で形成され、基準部材１０の取付位置に対応させて、ホルダ９を挿入固定するための貫通孔８Ｃが形成されている。

一方、ホルダ９は、本実施形態においては、熱膨張係数の小さい不変鋼によって形成されていて、貫通孔８Ｃに挿入される円筒部９Ａと、上面８Ａに当接する鍔部９Ｂを有しているとともに、その中心部には、貫通孔９Ｃが形成されていて、この貫通孔９Ｃの鍔部９Ｂ側端部の周縁は、基準部材１０の球面に適合した凹曲面で構成される取付座面９Ｄとなっている。

マスタ本体８の貫通孔８Ｃの内周面とホルダ９の円筒部９Ａの外周面との間、マスタ本体８の上面８Ａとホルダ９の鍔部９Ｂの下面との間、ならびに、ホルダ９の取付座面９Ｄと基準部材１０の外周面との間はそれぞれ接着剤（市販の瞬間接着剤等）によって互いに固定されている。

基準部材１０は、セラミックスを素材とした高精度の球体に仕上げられていて、図４に示すように２本の短く微細な線状溝を該球体上の一点で互いに直交させて、十字溝Ｍを形成してある。なお、各線状溝は、球体上の前記１点を通過する大円の一部を構成する線分として、３本以上の線状溝を交差させるようにしてもよい。

なお、基準部材１０の素材は、熱膨張係数が小さく、温度変化に対して高い形状精度を保持できる素材、例えば、石英、水晶等で作成してもよい。また、基準部材１０は、完全な球体でなく半球体状として、線状溝をその上の一点で交差するように形成してもよく、この場合には、さらに、ホルダ９と一体的に不変鋼等で製作してもよい。

マスタ本体８の側方の平坦面８Ｂに設けられている４つの基準部材１０も、上面８Ａに設けられているものと同様に、すなわち、前述した図３に示す取付構造によってマスタ本体８に取り付けられている。８つの基準部材１０は、全て十字溝Ｍを上に向けてマスタ本体８に取り付けられている。

基準部材１０に形成した十字溝Ｍに向けて、３次元測定機１の昇降筒５の下面から測定光としてのレーザ光Ｌを照射すると、該レーザ光Ｌは十字溝Ｍで乱反射してこの部分が十字状に輝いて反射光として昇降筒５に内蔵されたＣＣＤカメラにその像が鮮明に捉えられるので、基準部材１０と昇降筒５との相対的な位置関係を高精度で測定することができる。

３次元測定機１の精度検査や測定誤差の校正を行う場合には、図１に示すように、３次元測定機１の測定テーブル２上に検査マスタ７を搭載した治具パレット６を固定し、可動フレーム３及びヘッド部４を水平面内でＸ、Ｙ方向にそれぞれ移動させるとともに、昇降筒５をＺ方向に移動して、マスタ本体８の上面８Ａならびに側面の４カ所の平坦面８Ｂにそれぞれ取り付けられている８つの基準部材１０の十字溝Ｍの交点の座標値をそれぞれ３次元測定機１によって測定し、例えば、検査マスタ７に設けられた２つの基準部材１０のそれぞれの十字溝Ｍの交点間の距離を３次元測定機１によって実測して検査マスタ７に既定されている基準値と比較し、実測値と基準値との測定誤差に基づいて３次元測定機１の精度を評価することができ、また、前記測定誤差に基づいて３次元測定機１の校正を行うことができる。

本発明の光学式３次元測定機の検査マスタ用基準部材は、レーザ光等の測定光を被測定物に照射し、その反射光によって、被測定物の各部寸法測定を行う光学式３次元測定機の技術分野において、光学式３次元測定機の精度検査や測定誤差の校正を行う場合に利用することができる。

本発明の検査マスタ用基準部材を有する検査マスタを光学式３次元測定機にセッティングした状態を示す斜視図である。 本発明の検査マスタ用基準部材の１実施形態を示す、検査マスタの斜視図である。 本発明の検査マスタ用基準部材の１実施形態を示す、マスタ本体上面への基準部材の取付構造を示す部分断面図である。 本発明の検査マスタ用基準部材の１実施形態を示す、基準部材の平面図である。

符号の説明

１ ３次元測定機
２ 測定テーブル
３ 可動フレーム
４ ヘッド部
５ 昇降筒
６ 治具パレット
７ 検査マスタ
８ マスタ本体
８Ａ 上面
８Ｂ 平坦面
８Ｃ 貫通孔
９ ホルダ
９Ａ 円筒部
９Ｂ 鍔部
９Ｃ 貫通孔
９Ｄ 取付座面
１０ 基準部材
Ｍ 十字溝（線状溝）
Ｌ レーザ光（測定光）

Claims (2)

1. 光学式３次元測定機の精度検査に使用する検査マスタ用基準部材であって、３次元測定機から照射された測定光を反射する球面状の被測定面を有し、前記被測定面に測定光を乱反射させるための複数の線状溝を当該被測定面上の一点で互いに交差するように形成したことを特徴とする光学式３次元測定機の検査マスタ用基準部材。
2. 線状溝が被測定面上の一点を交点とする十字溝であることを特徴とする請求項１記載の光学式３次元測定機の検査マスタ用基準部材。

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