JP4705792B2 - 軸間角度補正方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、ワークの高精度化に伴って、測定機にもより高精度が要求される。現状では、例えば測定機のY軸テーブルのメカの組み立て精度は、20μm/200mm(0.0057度)以内が限界とされている。一方、非球面形状等の高精度なワークでは、より確かな直角度が要求される。
従来においては、誤差測定方法として、例えば機械のスケール誤差、真直度及び直角度を測定するものであるが、反転法による校正用ゲージの測定を行うものがある(特許文献1)。
また前記従来方式でも、誤差の測定結果に基づいて補正値を求め、測定値を補正するという考え方自体は存在するが、その具体的な補正計算方法は未だ確立されていない。
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、複数軸をもつ機械の軸間角度補正を高精度に及び容易に行うことのできる軸間角度補正方法を提供することにある。
そして、本発明においては、前述のような校正用ゲージと誤差測定原理との有意義的な組み合わせにより、従来極めて困難であった、複数軸をもつ機械の軸間角度補正の更なる高精度化及び容易化を図ることができることを見出し、本発明を完成するに至った。
また前記センサーは、前記基準平面上に設けられた基準直線である測定軸を有し、前記テーブル上に置かれる物体上の点について、前記移動軸および前記測定軸とは異なるZ軸のZ座標情報と共に、該Z座標情報に対応する測定軸方向位置情報を得るためのものとする。
前記ピーク検出工程は、前記基準球測定工程で得られたZ座標情報に基づいて前記基準球上の指定移動軸方向位置でのZ座標情報がピークとなるピーク点での、前記センサーよりの測定軸方向位置情報を検出する。該ピーク検出工程は、該ピーク点の検出を、前記同一基準球上の各指定移動軸方向位置について行う。
前記補正用情報取得工程は、前記誤差情報取得工程で求められた実直線の傾きに起因する、前記テーブルに置かれる物体上の点の測定軸方向位置に関する測定誤差を補正するための補正用情報を求める。
前記補正工程は、前記テーブル上の他の指定箇所についても一の基準球を置いて前記Z座標情報を取得し、検出された各ピーク点より前記誤差情報および前記補正用情報を求める。該補正工程は、複数の指定箇所ごとに求められた補正用情報に基づいて、前記センサーよりの測定軸方向位置情報を前記テーブルの全ストロークに渡って補正する。
ここにいう基準直線は、軸間角度補正の要求精度よりも高精度な真直度を有するものをいう。
ここにいう基準球とは、軸間角度補正の要求精度よりも高精度な半径、及び真球度を有する高精度球をいう。本発明においては、基準球の中でも、テーブルへの配置の容易性等に優れている基準半球が特に好ましい。
前記基準球測定工程は、前記形状測定機のセンサーにより、前記テーブル上に置かれた一の基準球上の指定移動軸方向位置で基準球上を測定軸方向に走査してZ座標情報を取得する。該基準球測定工程は、該Z座標情報の取得を、前記テーブルの直線移動により同一基準球上の複数の異なる指定移動軸方向位置について行う。
前記補正工程は、前記補正用情報取得工程で求められた補正用情報に基づいて、前記センサーよりの測定軸方向位置情報を補正し、前記形状測定機テーブルの直角度補正を行うことが好適である。
前記補正工程は、前記センサーよりの測定軸方向位置情報、及び前記移動軸方向位置情報を、前記補正用情報取得工程で求められた数式情報に代入し、該センサーよりの測定軸方向位置情報を補正することが好適である。
図1には本発明の一実施形態にかかる軸間角度補正方法を行うための軸間角度補正装置の概略構成が示されている。なお、図1Aは装置を側方より見た図、図1Bは装置を上方より見た図、図1Cは装置のブロック図である。
Y軸テーブル12は、例えば石定盤18に平行な基準XY平面(基準平面)上に設けられた測定軸(基準直線)20に対し、石定盤18に平行な基準XY平面上において90度(所望の角度)をなすであろう移動軸22に沿って、石定盤18上を直線移動する。
すなわち、基準球測定手段24は、Y軸テーブル12上に置かれた一の基準半球36上の指定Y座標(移動軸方向位置)で該基準半球36上を測定軸(X軸)20に沿って走査してXZ断面輪郭形状情報(形状情報)を取得する。基準球測定手段24は、XZ断面輪郭形状情報の取得を、Y軸テーブル12の移動軸22方向への直線移動により、同一基準半球36上の複数の異なる指定Y座標について行う。
すなわち、ピーク検出手段26は、基準球測定手段24で得られたXZ断面輪郭形状情報に基づいて、基準半球36上の指定Y座標でのXZ断面輪郭形状のZ座標がピークとなるピーク点を求め、該ピーク点でのセンサー14よりのX座標情報を検出する。ピーク検出手段26は、該ピーク点の検出を、同一基準半球36上の各指定Y座標について行う。
すなわち、誤差情報取得手段28は、ピーク検出手段26で求められた各ピーク点のX座標情報及びY座標情報に基づいて、Y軸テーブル12の実際の移動方向を表わす実直線を求める。誤差情報取得手段28は、Y軸テーブル12の理想の移動方向を表す理想直線に対する、前記実直線の傾きθに関する情報を求める。
すなわち、補正用情報取得手段30は、誤差情報取得手段28で求められた実直線の傾きθに起因する、Y軸テーブル12に置かれる物体上の点のX座標に関する測定誤差を補正するための補正用情報を求める。補正用情報取得手段30は、補正用情報をコンピュータ38のメモリ40に記憶しておく。
ワーク測定手段42は、基準半球36に代えてワーク44を用いるが、前記基準球測定手段24と基本的に同様の構成、例えば測定機本体34、測定機本体34の測定制御を行うためのソフトウェア等を含むコンピュータ38を含み、ワーク測定工程(S18)を行う。
すなわち、ワーク測定工程(S18)では、基準半球36に代えて、ワーク44をY軸テーブル12上に置き、ワーク測定手段42によりワーク44の形状測定を行う。
すなわち、補正手段32は、ワーク測定工程(S18)でワーク44の形状を測定して得られたセンサー14よりのX座標情報を、メモリ40の補正用情報(補正用情報取得手段26で求められた補正用情報)に基づいて補正する。
したがって、本実施形態においては、輪郭形状測定機16の直角度にかかわらず、より信頼性の高いX座標情報及びY座標情報を得ることができる。形状演算手段46は、補正工程(S20)で得られた座標情報を用いて形状演算工程(S22)を行うことにより、更に信頼性の高いワーク44の形状情報を求めることができる。
また本実施形態において、センサー14は、石定盤18上にコラム52を介して設けられている。センサー14は、プローブ54を含む。センサー14のX軸方向の運動精度、Z軸方向の運動精度は、直角度の要求精度に比較し、より高精度なものを用いている。
輪郭形状測定機では、ワークの三次元形状情報を複数の二次元形状情報に基づいて求めており、これらの二次元形状情報を取得するため、Y軸テーブルを設けている。
すなわち、プローブの位置がワーク上の指定Y座標となるようにY軸テーブルを停止させる。形状測定機のセンサーにより、Y軸テーブルに置かれたワーク上をX軸方向に走査しながら、ワーク上の点のZ座標情報をX座標情報と共に取得する。このようにして得られたZ座標情報及びX座標情報で構成されるXZ断面輪郭形状情報の取得を、Y軸テーブルの直線移動により、同一ワーク上の複数の異なるY座標について行う。
このようにして得られた各Y座標でのXZ断面輪郭形状情報を、それぞれX座標を合わせて結合することにより、ワークの三次元形状情報を求めている。
したがって、形状測定機では、複数のXZ断面輪郭形状情報に基づいて、一の三次元形状情報を求めるためには、各XZ断面輪郭形状情報間のX座標及びY座標の関係を正確に求めることが非常に重要ある。
本実施形態においては、図2に示されるように基準半球36の半割面とY軸テーブル12の載置面とを対向させて、基準半球36をY軸テーブル12上に置き、前記輪郭形状測定機16で基準半球36の形状測定を行う。
そして、Y軸テーブルを移動し、同図(C)に示されるような指定Y座標Y3(Y=120)でのXZ断面輪郭形状情報64の取得を、同図(A)に示されるような指定Y座標Y1での形状情報の取得と同様に行う。
前記ピーク検出工程は、XZ断面輪郭形状情報60のピーク点P1に基づいて、基準半球36上の指定Y座標Y1(Y=80)での、基準半球36上の点のZ座標が最大(ピーク)となるピーク点P1を求め、ピーク点P1に対応する、センサー14よりのX座標情報X1を検出する。
また前記ピーク検出工程は、XZ断面輪郭形状情報64のピーク点P3に基づいて、基準半球36上の指定Y座標Y3(Y=120)での、基準半球36上の点のZ座標が最大となるピーク点P3を求め、ピーク点P3に対応する、センサー14よりのX座標情報X3を検出する。
しかしながら、実際には、Y軸テーブル12の直角度により、各ピーク点P1,P2,P3のズレが生じるので、各ピーク点P1,P2,P3のX座標情報及びY座標情報に基づいて、センサー14よりのX座標情報を補正する。
このために本実施形態においては、誤差情報取得工程が、ピーク検出工程で求められたピーク点P1のX座標情報X1及びY座標情報Y1、ピーク点P2のX座標情報X2及びY座標情報Y2、並びにピーク点P3のX座標情報X3及びY座標情報Y3に基づいて、Y軸テーブルの実際の移動方向を表わす実直線を求める。例えば三のピーク点P1,P2,P3の座標情報より、最小二乗法で、例えば図4に示されるような実直線70を決定する。
誤差情報取得工程は、測定軸20に対し90度をなす理想の移動方向を表わす理想直線72に対する実直線70の傾きθに関する情報を求める。
そして、補正用情報取得工程は、誤差情報取得工程で求められた実直線70の傾き情報θ、並びに、各ピーク点のX座標情報及びY座標情報に基づいて、補正後のX座標情報を得るための数式情報を求める。数式情報を以下に示す。
補正後のX座標情報=センサー14よりのX座標情報−実直線70の傾きθ情報*Y軸センサー50よりのY座標情報+各ピーク点P1,P2,P3の座標情報に基づいて定められた定数情報
同図において、ピーク検出工程で求められた基準半球のピーク点P1,P2,P3でのX座標情報とY座標情報を、以下の値とする。
Y:80.0(Y1)、100.0(Y2)、120.0(Y3)
X:92.5(X1)、100.0(X2)、107.5(X3)
補正後のX軸座標情報=センサー14よりのX座標情報−(107.5−92.5)/(120.0−80.0)*Y軸センサー50よりのY座標情報+定数
=センサー14よりのX座標情報−0.375*Y軸センサー50よりのY座標情報+37.5
前記補正工程は、前記ワーク測定工程で得られたセンサー14よりの補正前のX座標情報、及びY軸センサー50よりの補正前のY座標情報を、前記数式情報に代入し、該センサー14よりのX座標情報を補正し、補正後のX座標情報を求める。
本実施形態においては、このようにして求められた補正後のX座標情報に基づいて、ワークの各Y座標でのXZ断面輪郭形状情報を求めているので、ワークの各Y座標でのXZ断面輪郭形状情報間において、(X,Y)平面上での位置情報の誤差が少ない。
本実施形態においては、前述のようなワークの各Y座標でのXZ断面輪郭形状情報から、より信頼性の高いワークの三次元形状情報を求めている。
また従来方式のように反転法を用いても、校正用ゲージの反転前後での作業が面倒、複雑である割には、満足のゆく校正用ゲージ自体のもつ誤差の影響の除去や、校正用ゲージの装置への配置の誤差の除去が困難である。
前記構成では、基準球として、完全な球状のもの、ないし部分的に球状部分を含むものを用いることもできるが、テーブルへの配置の容易性に優れている半球状のものを用いることが、特に好ましい。
前記構成では、テーブルのXY間の直角度を補正した例について説明したが、YZ間、ZX間の直角度補正も、XY間の直角度補正と同様に行える。
12 Y軸テーブル(テーブル)
14 センサー
16 輪郭形状測定機(機械,形状測定機)
20 測定軸
22 移動軸
24 基準球測定手段
26 ピーク検出手段
28 誤差情報取得手段
30 補正用情報取得手段
32 補正手段
Claims (3)
- 基準平面上に設けられた基準直線に対し該基準平面上において所望の角度をなすであろう移動軸に沿って基準平面上を直線移動するテーブルと、
前記基準平面上に設けられた基準直線である測定軸を有し、前記テーブル上に置かれる物体上の点について、前記移動軸および前記測定軸とは異なるZ軸のZ座標情報と共に、該Z座標情報に対応する測定軸方向位置情報を得るためのセンサーと、
を備えた機械の測定軸に対するテーブル移動軸の角度誤差補正を行う軸間角度補正方法において、
前記テーブル上に複数の箇所を指定して、そのうちの一箇所に置かれた一の基準球上の指定移動軸方向位置で該基準球上を測定軸方向に走査して測定軸方向の位置における前記Z座標情報を取得し、該Z座標情報の取得を、前記テーブルの直線移動により、同一基準球上の複数の異なる指定移動軸方向位置について行う基準球測定工程と、
前記基準球測定工程で得られたZ座標情報に基づいて前記基準球上の指定移動軸方向位置でのZ座標情報がピークとなるピーク点での前記センサーよりの測定軸方向位置情報を検出し、該ピーク点の検出を、前記同一基準球上の各指定移動軸方向位置について行うピーク検出工程と、
前記ピーク検出工程で求められた各ピーク点の位置情報に基づいて前記テーブルの実際の移動方向を表わす実直線を求め、該テーブルの理想の移動方向を表わす理想直線に対する該実直線の傾きに関する情報を求める誤差情報取得工程と、
前記誤差情報取得工程で求められた実直線の傾きに起因する、前記テーブルに置かれる物体上の点の測定軸方向位置に関する測定誤差を補正するための補正用情報を求める補正用情報取得工程と、
前記テーブル上の他の指定箇所についても一の基準球を置いて前記Z座標情報を取得し、検出された各ピーク点より前記誤差情報および前記補正用情報を求めて、複数の指定箇所ごとに求められた補正用情報に基づいて、前記センサーよりの測定軸方向位置情報を前記テーブルの全ストロークに渡って補正する補正工程と、
を備えたことを特徴とする軸間角度補正方法。 - 請求項1記載の軸間角度補正方法において、
前記測定軸に対し90度をなすであろう移動軸をもつ形状測定機テーブルの直角度補正を行うものであり、
前記基準球測定工程は、前記形状測定機のセンサーにより、該形状測定機のテーブル上に置かれた一の基準球上の指定移動軸方向位置で該基準球上を測定軸方向に走査してZ座標情報を取得し、該Z座標情報の取得を、該テーブルの直線移動により同一基準球上の複数の異なる指定移動軸方向位置について行い、
前記誤差情報取得工程は、前記測定軸に対し90度をなす理想直線からの前記実直線の傾きに関する情報を求め、
前記補正工程は、前記補正用情報取得工程で求められた補正用情報に基づいて、前記センサーよりの測定軸方向位置情報を補正し、前記形状測定機テーブルの直角度補正を行うことを特徴とする軸間角度補正方法。 - 請求項2記載の軸間角度補正方法において、
前記補正用情報取得工程は、前記誤差情報取得工程で求められた実直線の傾き情報、及び各ピーク点の位置情報に基づいて、補正後の測定軸方向位置情報を得るための数式情報(補正後の測定軸方向位置情報=前記センサーよりの測定軸方向位置情報−前記実直線の傾き情報*移動軸方向位置情報+前記各ピーク点の位置情報に基づいて定められた定数情報)を求め、
前記補正工程は、前記センサーよりの測定軸方向位置情報、及び前記移動軸方向位置情報を、前記補正用情報取得工程で求められた数式情報に代入し、該センサーよりの測定軸方向位置情報を補正することを特徴とする軸間角度補正方法。
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