JP5439224B2 - 基準器およびそれを用いた検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、座標測定機の検査などを行うために利用される基準器およびそれを用いた検査方法に関する。

従来、座標測定機の検査などを行うために利用される基準器として、ゲージブロック状の個片を重ね合わせたステップゲージが知られており、また、ステップゲージを利用した検査方法が知られている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１のステップゲージを利用した測定機の検査方法では、ステップゲージを構成する各個片の位置が測定機によって測定され、その測定値と個片の位置（基準値）との差が算出され、この差から測定機の精度が検査される。

特開２００７−１０１２７９号公報

しかし、前記特許文献１に記載の基準器では、基準器を大型にすると撓んでしまうなどの構造上の制約などにより、大型の基準器を用いることができない場合が多い。

また、国際規格では、基準器を用いることができない場合の測定方法としてレーザ測長器を併用した組み合わせ手法による間接的な精度検証を認めている。しかし、このような間接的な精度検証では、実際の測定方法とは異なる方法のため、検査のための準備が煩雑であり、実際の測定方法における検査評価とは厳密には一致するとはいえない。

本発明の目的は、構造上の制約などによらずに、実際の測定に即した測定を高精度に行うことができる基準器およびそれを用いた検査方法を提供することである。

本発明の基準器は、少なくとも１軸方向に動く画像プローブを有する画像測定機の検査を行うために利用される基準器であって、本体と、前記本体に直線的に設けられるガイド機構と、前記ガイド機構に沿って移動可能且つ固定可能な基準片と、前記本体に設けられて前記基準片の位置を測定する測長手段と、を有し、前記基準片は別の基準片と交換可能であり、前記別の基準片は、前記ガイド機構の直線方向に対して傾斜する測定面、及び、前記測定面を任意の角度に傾ける調整機構を有する、ことを特徴とする。

このような構成によれば、基準片自体を移動させて、測長手段によって基準片の位置を測定するため、任意の位置における基準片の位置データが測長手段によって高精度に測定できる。そうすると、従来のステップゲージのように、基準器全体を長く大きくすることが困難な場合であっても、実際の測定に即した測定を行うことができる。
また、測長手段が本体内に設けられているため、測長手段を基準器の外部に配置するときのような煩雑な配置調整作業を行わなくて済み、測長手段を基準器の外部に配置した基準器では対応が難しい空間的な測定軸における測定が可能となる。
また、単一の基準片の位置を変化させながら測定するため、測定部位の均一性などの管理が不要となる。

本発明の基準器において、前記測長手段は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から発振されるレーザを用いたレーザ干渉計を含む、ことが好ましい。
このような構成によれば、基準片の位置をより高精度に測定できる。

上記基準器において、前記基準片は別の基準片と交換可能であり、前記別の基準片は、前記ガイド機構の直線方向に対して傾斜する測定面を有する、ことを特徴とする。
このような構成によれば、基準器を空間的に傾けた状態でも、測定面を水平な姿勢に設定できるので、画像プローブを有する画像測定機の精度検査に好適である。

本発明の検査方法は、少なくとも１軸方向に動く画像プローブを有する画像測定機の検査を行う検査方法であって、前記基準片を前記ガイド機構に沿って異なる位置に移動させたときの前記基準片の位置を前記測長手段によって測定する工程と、前記基準片が前記異なる位置に移動されたときの前記基準片の位置を前記画像測定機の前記画像プローブによって測定する工程と、前記測長手段によって測定された基準片の各位置測定値と、前記画像測定機の前記画像プローブによって測定された基準片の各位置測定値との差を求める工程と、を備えることを特徴とする。

このような構成によれば、基準片自体を移動させて、基準片の位置を測長手段によって測定するため、任意の位置における基準片の位置データが測長手段によって高精度に測定できる。よって、測定機の精度に応じて適切な測定間隔で検査を行うことができる。

本発明の校正方法は、画像プローブを有する画像測定機の検査を行う検査方法であって、前記基準片を前記別の基準片に交換する工程と、前記基準器を水平面に対して傾け、前記画像プローブの測定光の光軸に対して前記別の基準片の測定面を垂直にする工程と、前記別の基準片を前記ガイド機構に沿って異なる位置に移動させたときの前記別の基準片の位置を前記測長手段によって測定する工程と、前記別の基準片が前記異なる位置に移動されたときの前記別の基準片の位置を、前記画像プローブの測定光の前記測定面からの反射光を利用して前記画像測定機によって測定する工程と、前記測長手段によって測定された別の基準片の各位置測定値と、前記画像測定機によって測定された別の基準片の各位置測定値との差を求める工程と、を備えることを特徴とする。

画像プローブを有する画像測定機の検査を行う従来の検査方法では、基準器を空間的に傾けて測定すると、それに合わせて測定面も傾く。測定面が傾くと、画像プローブからの測定光が測定面で反射しても、その反射光は画像プローブとは異なる位置に反射され、画像プローブには集光されない。その結果、基準片の位置を測定できないということが起こり得る。
しかし、上記本願のような構成によれば、基準器を水平面に対して傾けたときに、画像プローブの測定光の光軸に対して別の基準片の測定面を垂直にするので、測定面からの測定光の反射光を画像プローブで確実に集光でき、基準片の位置を画像測定機で確実に測定できる。つまり、基準器を空間的に傾けた姿勢でも検査することができる。

本発明の第１実施形態に係る基準器を示す図。 図１の基準器のうちレーザ発振器を除いた部分を示す上面図。 本発明の第１実施形態における検査方法を示す図。 本発明の第２実施形態における検査方法を示す図。

以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、各実施形態において、同一の構成部分には同じ符合を付すとともに、それらの説明を省略または簡略化する。

各実施形態における基準器１は、３次元座標測定機の検査などを行うために利用される。ただし、少なくとも１軸方向に移動可能な測定機であれば、その検査に基準器１を利用できる。
また、図１や図２に示すＺ１方向が上側でＺ２方向が下側であり、Ｘ１−Ｘ２軸とＹ１−Ｙ２軸は互いに直交する座標軸であり且つそれぞれがＺ１−Ｚ２軸と直交する座標軸である。

＜第１実施形態＞
図１と図２に示すように、基準器１は、上側が開放された略箱型の本体３と、本体３に直線的に設けられるガイド機構６と、ガイド機構６に沿って移動可能且つ固定可能な基準片７と、本体３に設けられて基準片７の位置を測定する測長手段とを有する。

ガイド機構６は、Ｙ１側およびＹ２側にＸ１―Ｘ２方向に延びる１対のガイド壁６１，６２を有し、ガイド壁６１側にこのガイド壁６１に沿って延びる付勢板６３が設けられている。ガイド壁６１内部には複数の図示しない付勢ばねが設けられ、付勢板６３は付勢ばねによってガイド壁６２方向に付勢されている。

基準片７は略直方体のゲージブロックであり、その上面の一部に、Ｚ軸に垂直な測定面７１が形成されている。なお、図３に示して後述するように、測定面７１は、画像測定機１０からの測定光Ｌ４の光軸に対して垂直である。

基準片７はガイド壁６１，６２との間に移動可能に配置され、付勢板６３を介して付勢ばねからの付勢力によってガイド壁６２に付勢された状態で、手動で任意の位置に移動され且つ固定される。

測長手段は、レーザ発振器２と、レーザ発振器２から発振されるレーザＬを用いたレーザ干渉計４と、レーザ発振器２とレーザ干渉計４とを接続する光ファイバ５とから構成されている。

図２に示すように、レーザ干渉計４は、レーザ発振器２から光ファイバ５を介して出射されたレーザ光Ｌを参照光Ｌ１と測定光Ｌ２とに分割するビームスプリッタ４１と、参照光Ｌ１をビームスプリッタ４１へ向けて反射する反射ミラー４２と、基準片７に取り付けられて測定光Ｌ２をビームスプリッタ４１へ向けて反射する反射ミラー８と、反射ミラー４２によって反射された参照光と反射ミラー８によって反射された測定光との干渉光を検出する検出器４３と、を含んで構成されている。

次に、基準器１の光学系について説明する。
レーザ発振器２からレーザＬが発振されると、レーザＬは光ファイバ５を通ってレーザ干渉計４に導かれる。レーザＬはビームスプリッタ４１によって反射ミラー４２に向かって進む参照光Ｌ１と反射ミラー８に向かって進む測定光Ｌ２とに分割される。

参照光Ｌ１は反射ミラー４２によって反射され、測定光Ｌ２は反射ミラー８によって反射される。参照光Ｌ１の反射光と測定光Ｌ２の反射光とはビームスプリッタ４１の内部で合成して干渉させられ、この干渉光Ｌ３が検出器４３に入射する。
干渉光Ｌ３を検出器４３で検出することにより、反射ミラー８までの距離、すなわち基準片７のＸ１―Ｘ２方向における距離が測定される。これによって、基準片７を所定位置からＸ１方向またはＸ２方向に移動させると、その移動距離を測定することができ、よって、基準片７のＸ１―Ｘ２方向における位置が測定できる。

次に、本実施形態の基準器１を用いて行う検査方法について説明する。
図３に示すように、本実施形態及び後述する第２実施形態の検査方法では、画像測定機に設けられる画像プローブ１０が使用される。画像プローブ１０は、測定面７１に測定光Ｌ４を照射することなどを行う対物レンズなどの光学系が配置された本体部１１と、測定面７１からの反射光を集光して検出するカメラ１２とを有している。

画像プローブ１０では、測定光Ｌ４が図示しない対物レンズによって測定面７１に集光される。測定光Ｌ４は測定面７１で反射され、カメラ１２で検出されて基準片１の座標位置が検出される。

例えば、基準片７を手動により図３に実線で示す（ｉ）の位置に移動させ、基準片７のＸ１―Ｘ２方向における位置をレーザ干渉計４で測定する。また、画像プローブ１０によって、基準片７の座標位置を測定する。次に、手動により、基準片７を図３の（ｉ）で示す位置から２点鎖線で示す（ｉｉ）の位置に移動させ、前記と同様に、レーザ干渉計４によって基準片７のＸ１―Ｘ２方向における位置を測定し、画像プローブ１０によって基準片７の座標位置を測定する。

このような計測をＸ１―Ｘ２方向における複数の位置で行い、レーザ干渉計４によって測定された基準片７の各位置測定値と、画像プローブ１０によって測定された基準片７の各座標位置測定値との差を求める。そして、この差から画像測定機の精度検査を行う。さらに、この検査結果から画像測定機の校正を行う。

本実施形態の基準器１では、基準片７自体を移動させて、基準片７のＸ１―Ｘ２方向における位置をレーザ干渉計４によって測定するため、任意の位置における基準片７の位置データがレーザ干渉計４によって高精度に測定できる。そうすると、従来のステップゲージなどのように、基準器全体を長く大きくすることが困難な場合であっても、実際の測定に即した測定を行うことができる。

また、ビームスプリッタ４１などの光学系が予め配置されたレーザ干渉計４が基準器１に内蔵されているため、レーザ干渉計を基準器１の外部に配置するときのような煩雑な配置調整作業を行わなくて済み、レーザ干渉計を基準器１の外部に配置した基準器では対応が難しい空間的な測定軸における測定が可能となる。

また、単一の基準片７の位置を変化させながら測定するため、Ｘ１−Ｘ２方向の測定長さ全域に渡る測定部位の均一性などの管理が不要となる。

また、本実施形態の基準器１を用いた上記検査方法では、基準片７自体を移動させて、基準片７の位置をレーザ干渉計４によって測定するため、任意の位置における基準片７の位置データがレーザ干渉計４によって高精度に測定できる。よって、画像測定機の精度に応じて適切な測定間隔で検査を行うことができる。

＜第２実施形態＞
次に、図４に基づき、本発明の第２実施形態の基準器１とそれを用いた検査方法について説明する。
図４に示すように、本実施形態の基準器１では、第１実施形態の基準器１と異なり、基準片７の上側部分が削られて傾斜面が形成されている。そして、この傾斜面上に測定面７１が形成される。測定面７１はガイド機構６の直線方向に対して傾斜している。このような本実施形態の基準片７は、第１実施形態の基準片７と交換可能となっている。

このような基準器１を用いた本実施形態の検査方法は、第１実施形態の検査方法とは異なり、基準片７を前記傾斜面が形成されたものに交換して本体３内に配置する。また、図示しない調整機構により、基準器１のうちレーザ発振器２を除く本体３などの構成機器をＸＹ平面に対して所定角度傾ける。なお、前記構成機器をさらにＹ軸方向に対して傾けてもよい。そして、測定面７１を画像プローブ１０からの測定光Ｌ４の光軸に対して常に垂直となるようにする。

その後、第１実施形態と同様の測定方法によって、レーザ干渉計４によって測定された基準片７の各位置測定値と、画像プローブ１０によって測定された基準片７の各座標位置測定値との差が求められる。なお、本実施形態では、前記構成機器が空間的に傾いた状態で、基準片７が図４に実線で示す（ｉ）の位置から２点鎖線で示す（ｉｉ）の位置に移動されるが、基準片７はガイド壁６１と６２との間で挟持され、付勢板６３を介して付勢ばねからの付勢力によってＹ２方向に付勢されている。このため、基準片７が図４の（ｉｉ）の位置に移動されても、レーザ干渉計４側にずれ落ちるということなどは無い。

よって、本実施形態においても、前述した第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、基準器１を傾けたときに、画像プローブ１０の測定光Ｌ４の光軸に対して基準片７の測定面７１を垂直にするので、測定面７１からの測定光Ｌ４の反射光を画像プローブ１０で確実に集光でき、基準片７の位置を画像測定機で確実に測定できる。つまり、基準器１を空間的に傾けた姿勢でも検査することができる。

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
前記実施形態では、非接触式の画像プローブを有する画像測定機について説明したが、本発明は、接触式のプローブを有する３次元測定機についても適用できる。

また、前記実施形態では、測長手段として、レーザ発振器２を有するレーザ干渉計４を用いたが、基準片７の位置を高精度に検出できるものであればこれに限られない。例えば、光電式、静電容量式、磁気式などの測長手段であってもよい。

また、前記第２実施形態では、基準片は、上側部分が削られて傾斜面を有する形状としたが、これ以外の形状の基準片を作成してそれらを合わせて交換可能としてもよい。基準片の測定面が画像プローブ１０からの測定光Ｌ４の光軸に対して常に垂直になればよい。このように、形状の異なる複数の基準片を交換可能としておくと、１種類の基準器で、様々な方向に動く座標測定機の検査が可能となる。

さらに、前記第２実施形態では、傾斜面が予め形成された基準片を用いたが、傾斜面は予め形成されていなくてもよく、測定面が形成された部分を任意の角度に傾けることができる調整機構を有するものであってもよい。例えば、基準片が、下方の基部と、上面に測定面が形成されて基部の上方で傾斜角度を調整可能な調整可動部からなるものであってもよい。この場合には、調整可動部の一方の端部が基部の一方の端部に、例えばヒンジなどによって片持ち固定され、調整可動部の他方の自由端側に調整ねじが螺着される。そして、調整ねじを締める又は緩めることにより、前記固定部分を中心として、調整可動部の傾斜角度が変化されて、調整可動部及び測定面がガイド機構６の直線方向に対して任意の角度に傾斜した状態とされる。

本発明は、座標計測機の検査などを行うために利用される基準器およびそれを用いた検査方法に利用できる。

１…基準器、
２…レーザ発振器、
３…本体、
４…レーザ干渉計、
６…ガイド機構、
７…基準片、
１０…画像プローブ、
７１…測定面、
Ｌ４…測定光

Claims (4)

1. 少なくとも１軸方向に動く画像プローブを有する画像測定機の検査を行うために利用される基準器であって、
   本体と、
   前記本体に直線的に設けられるガイド機構と、
   前記ガイド機構に沿って移動可能且つ固定可能な基準片と、
   前記本体に設けられて前記基準片の位置を測定する測長手段と、を有し、
   前記基準片は別の基準片と交換可能であり、
   前記別の基準片は、前記ガイド機構の直線方向に対して傾斜する測定面、及び、前記測定面を任意の角度に傾ける調整機構を有する
   ことを特徴とする基準器。
2. 請求項１に記載の基準器において、
   前記測長手段は、レーザ発振器と、前記レーザ発振器から発振されるレーザを用いたレーザ干渉計を含む、ことを特徴とする基準器。
3. 請求項１または２に記載の基準器を用いて、少なくとも１軸方向に動く画像プローブを有する画像測定機の検査を行う検査方法であって、
   前記基準片を前記ガイド機構に沿って異なる位置に移動させたときの前記基準片の位置を前記測長手段によって測定する工程と、
   前記基準片が前記異なる位置に移動されたときの前記基準片の位置を前記画像測定機の前記画像プローブによって測定する工程と、
   前記測長手段によって測定された基準片の各位置測定値と、前記画像測定機の前記画像プローブによって測定された基準片の各位置測定値との差を求める工程と、を備えることを特徴とする検査方法。
4. 請求項１または請求項２に記載の基準器を用いて、画像プローブを有する画像測定機の検査を行う検査方法であって、
   前記基準片を前記別の基準片に交換する工程と、
   前記基準器を水平面に対して傾け、前記画像プローブの測定光の光軸に対して前記別の基準片の測定面を垂直にする工程と、
   前記別の基準片を前記ガイド機構に沿って異なる位置に移動させたときの前記別の基準片の位置を前記測長手段によって測定する工程と、
   前記別の基準片が前記異なる位置に移動されたときの前記別の基準片の位置を、前記画像プローブの測定光の前記測定面からの反射光を利用して前記画像測定機によって測定する工程と、
   前記測長手段によって測定された別の基準片の各位置測定値と、前記画像測定機によって測定された別の基準片の各位置測定値との差を求める工程と、を備えることを特徴とする検査方法。

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