JP6360448B2 - 直角ステップゲージ - Google Patents

Description

本発明は、３次元測定機の各機械軸方向の位置決め精度や真直度の検証と、各機械軸間の直角度の検証に用いられる直角ステップゲージに関する。

従来、自動車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。

３次元測定機は、プローブ自体の摩耗による指示誤差や、当該プローブの各機械軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）への移動を案内するガイド部材等の歪みや摩耗によって、各機械軸の真直度や各機械軸間の直角度の誤差が生じるため、高精度に仕上げられた基準となる検証用ゲージを用いて、定期的な精度検査が行われている。

従来、このような、３次元測定機の精度検証用ゲージとしては、例えば、特許文献１に記載されているような、角棒状の長尺なゲージ本体の長手方向に沿って、３次元測定機のプローブが接触する内周面を基準測定面とする基準孔が、複数上下方向に貫通して配列されているものが提案されている。

特開２０１２−１０８１００号公報

前述した特許文献１に記載されているような、従来の３次元測定機の検証用ゲージは、３次元測定機の各機械軸方向毎に指示誤差や当該機械軸の真直度を検証することは可能であるが、２つの機械軸間の直角度を検証する場合には、隣り合う直角な２辺を基準測定面とする３角形や４角形の直角ゲージを別途用意し、これにプローブを当てて測定する必要があった。

また、前記直角ゲージの一つの基準測定面にプローブを当てる場合には、当該基準測定面に対してプローブを常に同じ向きに当てて、プローブを３次元測定機の機械軸に沿った複数箇所に移動させて座標測定を行うため、測定される各座標値には、プローブを当てる向きによる指示誤差が含まれてしまう可能性があった。

そこで、本発明は、前述したような、従来の３次元測定機の精度検証用ゲージの問題を解消し、３次元測定機の各機械軸方向の指示誤差や真直度の検証と各機械軸間の直角度の検証を、一つのゲージで高精度に行うことのできる直角ステップゲージを提供することを目的とする。

前記目的のために提供される本発明の直角ステップゲージは、上下両面が平行な平坦面で構成された略角棒状の第１基準部材保持部と第２基準部材保持部どうしが、それぞれの長手方向の中央位置で直角に同一面内で交差して、平面視略十字形に結合されているとともに、前記第１基準部材保持部と第２基準部材保持部の互いに直角に隣り合うそれぞれの側面間が筋交い状の補強リブで結合された、熱膨張係数が小さく寸法安定性に優れた素材からなるゲージ本体と、前記ゲージ本体の第１基準部材保持部と第２基準部材保持部のそれぞれの長手方向に沿って配列された、３次元測定機のプローブ先端が当接する基準測定面を有する複数の基準部材とを備え、前記複数の基準部材は、第１基準部材保持部と第２基準部材保持部のそれぞれの上面と下面に平行でこれらの中間に位置する仮想中立平面に対して、上下対称に配置されていることを特徴としている。

本発明の直角ステップゲージにおいては、第１基準部材保持部及び第２基準部材保持部に配列される基準部材は、これらの基準部材保持部の上下両面を貫通する取付孔に嵌装固定される、内周面を基準測定面とした中空円筒状のブシュであることが望ましい。

また、第１基準部材保持部及び第２基準部材保持部に配列される基準部材は、これらの基準部材保持部の上下両面にそれぞれ形成された球面状凹部に接着保持された、表面を基準測定面とした球体であることも望ましい。

さらに、本発明の直角ステップゲージにおいては、第１基準部材保持部と第２基準部材保持部のそれぞれの両端に、これらの上下面から両方向に垂直に突出する基準部材保持駒が固定され、これらの基準部材保持駒にはそれぞれ、仮想中立平面に対して対称的に配置された一対の基準部材が装着されていることも望ましい。

また、本発明の直角ステップゲージにおいては、第１基準部材保持部と第２基準部材保持部の何れか一方に、その上下両面に開口する第１のねじ孔が形成されているとともに、当該ねじ孔に対して、第１基準部材保持部と第２基準部材保持部の交差位置の反対側で左右両側に位置する一対の補強リブの上下両面にそれぞれ、第２のねじ孔と第３のねじ孔が形成され、第１のねじ孔は、第１基準部材保持部と第２基準部材保持部の交差位置の中央を図心とする二等辺三角形の頂点に対応する位置に配置されているとともに、第２のねじ孔と第３のねじ孔は、当該二等辺三角形の底辺の両端に対応する位置に配置され、前記第１乃至第３のねじ孔にはゲージ本体の上下両側からそれぞれ、当該ゲージ本体を３次元測定機の測定テーブル上に支持する支持脚が螺着されていることも望ましい。

請求項１に記載された発明に係る直角ステップゲージによれば、３次元測定機のプローブの位置決め精度や各機械軸の真直度の検証と併せて、２つの機械軸間の直角度の検証を一つのゲージのみで行うことが可能であるとともに、ゲージの上下面を反転して行う反転測定法による測定が可能であるため、３次元測定機の精度検証を高精度で行うことができる。

請求項２に記載された発明に係る直角ステップゲージによれば、請求項１の発明から得られる効果に加えてさらに、機械製品の多くで、品質管理上寸法公差の許容範囲が厳しく定められている孔径を測定する場合と同様なプローブの動きにより３次元測定機の精度検証を行うことができるため、本発明の直角ステップゲージで精度検証した３次元測定機で測定した製品の孔径の信頼性を高めることができる。

請求項３に記載された発明に係る直角ステップゲージによれば、請求項１の発明から得られる効果に加えてさらに、基準測定面が球面であるため、３次元測定機のプローブを様々な方向から当てることが可能であり、測定テーブルに対する直角ステップゲージの取付姿勢の自由度を高めることができる。

請求項４に記載された発明に係る直角ステップゲージによれば、前記各請求項の発明から得られる効果に加えてさらに、第１基準部材保持部と第２基準部材保持部のそれぞれの両端に、仮想中立平面に対して上下対称に配置された一対の基準部材が装着された基準部材保持駒が固定されているため、３次元測定機に対する直角ステップゲージのセッティング姿勢を変えることなく、前記仮想中立平面と直交する方向の機械軸の精度確認を簡単に行うことができる。

請求項５に記載された発明に係る直角ステップゲージによれば、前記各請求項の発明から得られる効果に加えてさらに、ゲージ本体の上下各面に支持脚が３カ所ずつ螺着されているため、直角ステップゲージの重量を均等に分散して支持することができ、３次元測定機の測定テーブル上に、がたつきなく安定してセッティングすることができる。

本発明の直角ステップゲージを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。 本発明の直角ステップゲージの１実施形態を示す斜視図である。 本発明の直角ステップゲージの１実施形態を示す平面図である。 本発明の直角ステップゲージの１実施形態を示す側面図である。 図３のＡ−Ａ断面図である。 図３のＢ−Ｂ断面図である。 第１基準部材保持部の支持脚と取付治具の連結部分を示す部分断面図である。 第１基準部材保持部と取付治具との連結部分の分解斜視図である。 図４のＣ−Ｃ断面図である。 図４のＤ−Ｄ断面図である。 本発明の直角ステップゲージの別の実施形態を示す斜視図である。 球体のゲージ本体への取付構造を示す部分断面図である

以下、図面に基づいて本発明の１実施形態を説明する。
図１は、本発明の直角ステップゲージを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って、同図に示すように、本発明の直角ステップゲージ１によって精度検査が行われる３次元測定機２は、被測定物を載せる測定テーブル３を有している。

この測定テーブル３の両側には、門型の可動フレーム４がＸ方向の水平な機械軸に沿ってスライド自在に支持されている。また、前記可動フレーム４には、ヘッド部５が前記Ｘ方向と直交する水平なＹ方向の機械軸に沿ってスライド自在に支持されており、さらに、前記ヘッド部５には、昇降筒６がＺ方向の垂直な機械軸に沿って昇降自在に支持されている。

また、昇降筒６の先端に設けられたプローブヘッド６Ａには、プローブ７が先端を同図のように鉛直下方に向けた姿勢と水平方向に９０°回動させた姿勢との間で、姿勢変更可能に保持されている。

前記したように構成されている３次元測定機２の精度検査を行う場合には、同図に示すように、直角ステップゲージ１を測定テーブル３上にセッティングして、当該直角ステップゲージ１に配列されている基準部材のそれぞれの基準測定面にプローブ７の先端を当接させて各測定点の座標値を測定し、これらの測定値を、より高度な測定機で精密に測定された、この直角ステップゲージ１の基準値と比較することにより、各機械軸方向（Ｘ、Ｙ、Ｚの各方向）の位置決め精度や真直度、ならびに、各機械軸間の直角度の検証を行う。

また、この３次元測定機２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場合には、直角ステップゲージ１の代わりに、測定テーブル３上に測定対象とするワーク（図示せず）をセッティングし、可動フレーム４、ヘッド部５、及び、昇降筒６をそれぞれＸ、Ｙ、Ｚ方向に移動させてプローブ７の先端をワークの被測定面に当接させることで、当該被測定面の座標値を測定する。

図２は、本発明の直角ステップゲージの１実施形態を示す斜視図、図３は平面図、図４は側面図であって、これらの図に示す直角ステップゲージ１は、上下両面が高精度に仕上げられた平行な平坦面でそれぞれ構成されている、略角棒状の第１基準部材保持部８と第２基準部材保持部９を備えている。

なお、直角ステップゲージ１は、上下反転したり縦にして使用する場合もあるため、ここでは、当該直角ステップゲージ１の「上面」という語は、図３に示す表側の面を意味し、また、「下面」という語は、同図の裏側の面を意味している。

これらの基準部材保持部８、９どうしは、それぞれの長手方向の中央位置で直角に同一面内で交差して、平面視略十字形に一体に結合されている。また、第１基準部材保持部８と第２基準部材保持部９の互いに直角に隣り合うそれぞれの側面間は、剛性を高めるために、筋交い状の補強リブ１０、１１、１２、１３によって結合されている。

また、それぞれの基準部材保持部８、９には、重量軽減のために上下両面を貫通する複数の肉抜き孔ｈ、ｈ’が形成されており、第１基準部材保持部８と第２基準部材保持部９、ならびに補強リブ１０、１１、１２、１３によって、一体化されたゲージ本体１４が構成されている。

また、本実施形態の直角ステップゲージ１においては、第１基準部材保持部８と第２基準部材保持部９のそれぞれの両端には、これらの上下両面から垂直両方向に突出する、直方体状の基準部材保持駒１５が固定されている。

本実施形態のものにおいては、ゲージ本体１４とこれらの基準部材保持駒１５は、スーパーインバーで製作されている。なお、これらの素材はスーパーインバーに限定するものではなく、例えば、工具鋼やガラス、御影石等、熱膨張係数が小さく寸法安定性に優れた素材を用いることができる。

第１基準部材保持部８と第２基準部材保持部９にはそれぞれの長手方向に、等間隔に５つのブシュ１６が基準部材として配列されていて、これらの基準部材保持部８、９が交差する中央位置には、両方の配列に共通のブシュ１６が配置されている。また、同様のブシュ１６が前記それぞれの基準部材保持駒１５にも縦に２つずつ配置されている。なお、これらの基準部材保持駒１５の詳細構造については後述する。

図５は、図３のＡ−Ａ断面図であって、同図に示すようにブシュ１６は、第２基準部材保持部９の上下両面を垂直に貫通している取付孔１７内に嵌装されている円筒部１６Ａと、当該第２基準部材保持部９の上面側で前記取付孔１７の周縁部に当接している鍔部１６Ｂから構成されている。

ブシュ１６には、中心部に取付孔１７と同心状の貫通孔が形成され、その内周面は高精度に仕上げられている。前記内周面は、第２基準部材保持部９の上面に突出している鍔部１６Ｂの内側部分を除いて、図１に示す３次元測定機２のプローブ７先端が当接する基準測定面Ｓとして使用される。

ここで用いているブシュ１６の素材には、基準測定面Ｓの発錆を避けるため、ステンレス鋼が用いられており、ねじやナットの緩み止めに使用される接着剤によって取付孔１７に固定されている。なお、図示は省略するが、直角ステップゲージ１の他の箇所に設けられているブシュ１６も、同様にして固定されている。

また、本実施形態のものにおいては、組み付けを容易にするため、ブシュ１６には取付孔１７の周縁部に当接する鍔部１６Ｂを設けているが、鍔部１６Ｂには、３次元測定機２のプローブ７を当接させることはないので、ブシュ１６は実質的に貫通孔内周面を基準測定面Ｓとする上下対称な中空円筒状であればよく、円筒部１６Ａのみで構成してもよい。

また、直角ステップゲージ１には、３次元測定機の測定テーブル上に設置するための支持脚１８が取り付けられている。前記支持脚１８は、本実施形態のものにおいては、第１基準部材保持部８の上下両面間を垂直に貫通して形成されているねじ孔と、２つの補強リブ１０、１１のそれぞれの上下両面間を垂直に貫通して形成されているねじ孔の合計３カ所のねじ孔に、それぞれゲージ本体１４の上下両側から各一本ずつ、合計６本取り付けられている。

なお、これらの支持脚１８をゲージ本体１４の上下両側に３本ずつ取り付けた理由は、直角ステップゲージ１を測定テーブル３上にこれらの支持脚１８で水平に置いて３次元測定機の精度測定を行う際に、直角ステップゲージ１の上面側でそれぞれのブシュ１６の中心の座標値を測定してから上下を反転して下面側でこれらのブシュ１６の貫通孔中心の座標値を再度測定し、上下両面でそれぞれの座標値の平均値を求める反転測定法を利用できるようにするためである。前記反転測定法を用いることによって、直角ステップゲージ１自体の製作誤差が打ち消されるため、３次元測定機１の精度測定をより正確に行うことができる。

第１基準部材保持部８に形成されている、支持脚１８を螺着されるねじ孔（第１のねじ孔）は、第１基準部材保持部８と第２基準部材保持部９の交差位置の中央を図心とする仮想的な二等辺三角形の頂点に対応する位置に形成されている。

また、補強リブ１０に形成されている、支持脚１８を螺着するねじ孔（第２のねじ孔）と、補強リブ１１に形成されている、支持脚１８を螺着するねじ孔（第３のねじ孔）はそれぞれ、前記仮想的な二等辺三角形の底辺の両端に対応した位置に形成されている。

支持脚１８を取り付ける３つのねじ孔の位置をこのように配置することによって、各支持脚１８が直角ステップゲージ１の重量を均等に受けることができ、直角ステップゲージ１を上下何れの面を上にしても、測定テーブル３の上にがたつきなくセッティングすることができる。なお、直角ステップゲージ１を測定テーブル３上に安定して支持するためには、前記二等辺三角形を正三角形とすることが望ましい。

図６は、図３のＢ−Ｂ断面図であって、同図に示すように、補強リブ１１の上面側には、前述した第１基準部材保持部８及び第２基準部材９の上面と同一レベルとなるように、補強リブ１１の他の部分よりも突出した支持脚取付面１１Ａが形成されている。

また、補強リブ１１の下面１１Ｂは、第１基準部材保持部８及び第２基準部材９の下面と同一レベルの平坦面になっており、前記支持脚取付面１１Ａと下面１１Ｂ間には、これらの面に垂直に、ねじ孔Ｎ１が貫通して形成されている。

前記ねじ孔Ｎ１には、その両側にそれぞれ支持脚１８が取り付けられている。これらの支持脚１８は、その長手方向中央部に大径部ａが形成され、両端部にそれぞれねじ部ｂ、ｃが形成されている支持脚本体１８Ａを有している。

支持脚本体１８Ａのねじ部ｂと大径部ａとの間にはねじが切られていない平滑部ｄが形成されている。また、支持脚本体１８Ａには、大径部ａの両側にそれぞれ、平座金１８Ｂ、凹面状球面座金１８Ｃ、凸面状球面座金１８Ｄが順に装着されており、一方のねじ部ｂは、支持脚取付面１１Ａと下面１１Ｂのそれぞれの側から補強リブ１１のねじ孔Ｎ１内に平滑部ｄとの境界位置まで螺入されて、ボルトナット等の緩み止めに用いる接着剤により固定されている。

また、支持脚本体１８Ａの他方のねじ部ｃには、凸面状球面座金１８Ｄの平坦な裏面側に、平座金１８Ｅを介して取付ナット１８Ｆが螺着されている。この取付ナット１８Ｆは、直角ステップゲージ１を図１に示す３次元測定機２の測定テーブル３上に取付治具を用いて縦向き姿勢でセッティングする際に、支持脚本体１８Ａを取付治具に固定するために用いる。なお、取付治具への固定については後述する。

図６に示すように、これらの支持脚１８は、前記支持脚取付面１１Ａならびに第１基準部材保持部８及び第２基準部材９の上面が共通に含まれる仮想平面Ｐ１と、補強リブ１１の下面１１Ｂならびに前記第１基準部材保持部８及び第２基準部材９の下面が共通に含まれる仮想平面Ｐ２に平行で、これらの中間に位置する仮想中立平面Ｐｎに対して、上下に対称的に配置されている。なお、前述した補強リブ１０、１２、１３のそれぞれの下面も、前記仮想平面Ｐ２と同一レベルにある。

また、図２及び図３に示すように、補強リブ１０にも前記支持脚取付面１１Ａと同様な支持脚取付面１０Ａが形成されており、前記支持脚取付面１０Ａとその下面との両側にそれぞれ同様にして支持脚１８が取り付けられている。また、第１基準部材保持部８の上下両面に取り付けられている支持脚１８も、前記仮想中立平面Ｐｎに対して対称的に配置されている。

なお、直角ステップゲージ１を前記３次元測定機２の測定テーブル３上にセッティングする場合に、上向きの支持脚１８のねじ部ｃから取付ナット１８Ｆを取り外して、代わりに図示しないアイナットを取り付け、当該アイナットにワイヤを連結することにより、ステップゲージ１をワイヤで吊り下げて測定テーブル３上に移動させることも可能である。

図７は、第１基準部材保持部８の下面側に取り付けられている支持脚１８を取付治具１９に連結したときの、連結部分を示す部分断面図、図８は、前記連結部分の分解斜視図であって、これらの図においては、取付治具１９はその構造の一部しか図示していないが、取付治具１９は、図１に示す３次元測定機２の測定テーブル３上に直角ステップゲージ１を縦向き姿勢で保持する支持台としての機能を有するものである。

取付治具１９には取付孔１９Ａが形成されている。前記取付孔１９Ａは、支持脚本体１８Ａの大径部ａ全体をその内側に収容可能な内径と奥行きを有しており、図７に示すように支持脚本体１８Ａの大径部を挿入し、平滑部ｄに遊嵌されている平座金１８Ｂとねじ部ｃに遊嵌されている平座金１８Ｂとの間に取付治具１９を挟み込んで取付ナット１８Ｆを締め付けることで、支持脚１８を介して第１基準部材保持部８を取付治具１９に固定することができる。

この際、取付治具１９を間に挟み込んでいる両側の平座金１８Ｂは、それぞれの背後に配置されている、凹面状球面座金１８Ｃと凸面状球面座金１８Ｄによって、取付治具１９の表面又は裏面に密着するように自動的に傾きが調整されるため、支持脚１８と取付治具１９が直角になっていなくても支持脚１８に曲げ荷重が作用することはなく、第１基準部材保持部８は支持脚１８を介して取付治具１９に確実に固定される。

なお、本実施形態のものにおいては、取付孔１９Ａへの大径部ａの組み込みを容易にするために、大径部ａのねじ部ｃ側は円錐面としてある。また、ここでは、取付治具１９の全体形状は図示していないが、直角ステップゲージ１の２つの補強リブ１０、１１の下面にそれぞれ取り付けられている２本の支持脚１８（図２又は図３参照）も同様にして、当該取付治具１９にそれぞれ固定される。

また、図７に示す取付治具１９は、第１基準部材保持部８の下面側の支持脚１８に取り付けているが、上面側の支持脚１８に取り付けることも可能である。この場合には補強リブ１０、１１は、これらの上面側の支持脚１８を取付治具１９に取り付ければよい。

図９は、図４のＣ−Ｃ断面図、図１０はＤ−Ｄ断面図であって、これらの図に示すように、基準部材保持駒１５は、ボルト孔１５Ａに通した連結ボルト２０を、第１基準部材保持部８及び第２基準部材保持部９の各端面にそれぞれ形成されているねじ穴Ｎ２に螺着してこれらの端面に固定されている。

図１０に示すように、第１基準部材保持部８と基準部材保持駒１５の間には、連結ボルト２０の両側に一対のノックピン２１が組み込まれており、これらのノックピン２１で第１基準部材保持部８に対する基準部材保持駒１５の取付位置が位置決めされている。

また、基準部材保持駒１５の第１基準部材保持部８との対向面には、接着剤保持溝１５Ｂが刻設されており、この溝内に接着剤を充填して第２基準部材保持部８との結合をより確実にしている。

なお、前記接着剤は、取付孔１７へブシュ１６を固定する際に用いている接着剤と同様なものを使用している。また、図示は省略しているが、第２基準部材保持部９と基準部材保持駒１５間の取付構造は、第１基準部材保持部８と同様である。

図２及び図３に示すように、各基準部材保持駒１５の上端面には２箇所ずつ、測定ポイントｋが設けられている。なお、測定ポイントは、これらの図からは見えない下端面にも、上端面と同様に２箇所ずつ設けられている。

測定ポイントｋは高精度の平面に仕上げられている円形領域であって、図１に示すように直角ステップゲージ１を３次元測定機２の測定テーブル３上にセッティングした後、後述するように、プローブ７の先端をこれらの測定ポイントｋに当てて、基準座標系の座標面を決定するために用いられる。

次に、前述したように構成されている直角ステップゲージ１を用いて、図１に示す３次元測定機２の直角度を反転測定法により検証する手順を以下に説明する。なお、各機械軸方向の位置決め精度や真直度を検証する手順については、従来公知のステップゲージと同様であるため、ここでは説明を省略する。

（手順１）
まず、直角ステップゲージ１を図１に示すように３次元測定機２の測定テーブル３上にセッティングする。ここでは、直角ステップゲージ１の第１基準部材保持部８（図２参照）の長手方向を３次元測定機２のＹ方向の機械軸と平行にセッティングしている。

（手順２）
次に、図２または図３に示す４つの基準部材保持駒１５のそれぞれの上端面２箇所ずつ、合計８箇所の測定ポイントｋにプローブ７を当てて、これらの測定ポイントｋを含む平面を、直角ステップゲージ１に付随する基準座標系（ｘ、ｙ、ｚ）の基準座標面（ｘ−ｙ座標面）として設定する。

（手順３）
次に、第１基準部材保持部８の長手方向に配列されている５つのブシュ１６の各基準測定面Ｓに、前記基準座標面から２箇所の異なる所定の深さで円周方向に８箇所ずつプローブ７を当ててこれらの基準測定面Ｓの中心軸線を求め、５箇所の中心軸線の基準座標面から所定の深さの各座標値に基づいて、当該基準座標系のｙ軸の基準軸線を求める。

（手順４）
次に、第２基準部材保持部９の長手方向に配列されている５つのブシュ１６の各基準測定面Ｓの中心軸線を前記手順３と同様にして求め、これら５箇所の中心軸線の所定の深さの各座標値に基づいて、前記基準座標系のｘ軸の基準軸線を求める。

（手順５）
次に、手順３と手順４で求めたｘ軸とｙ軸の基準軸線から、３次元測定機２の機械座標系（直角座標系）（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と座標変換で対応付けられた基準座標系（ｘ、ｙ、ｚ）を決定する。

（手順６）
次に、直角ステップゲージ１の表（上面）側で設定された前記基準座標系（ｘ、ｙ、ｚ）に基づいて、Ｘ軸とＹ軸間の直角度αを算出する。ここで、直角度αは、当該基準座標系（ｘ、ｙ、ｚ）のｘ−ｙ面を機械座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）のＸ−Ｙ面に平行にしてｙ軸とＹ軸が一致するように回転させたときの、Ｘ軸とｘ軸間の角度誤差を表している。

（手順７）
次に、直角ステップゲージ１を、第１基準部材保持部８の長手方向を軸にして上下反転した後、前述した手順１と同様にして、第１基準部材保持部８の長手方向を３次元測定機２のＹ方向の機械軸と平行になるように測定テーブル３上にセッティングする。

（手順８）
次に、前述した手順２と同様にして、４つの基準部材保持駒１５のそれぞれの上端面（なお、直角ステップゲージ１は上下反転しているので、図２及び図３においては下端面）の２箇所ずつ、合計８箇所の測定ポイントｋにプローブ７を当てて、これらの測定ポイントｋを含む平面を基準座標系（ｘ、ｙ、ｚ）の基準座標面（ｘ−ｙ座標面）として設定する。

（手順９）
次に、前述した手順３と同様にして、第１基準部材保持部８の長手方向に配列されている５つのブシュ１６の各基準測定面Ｓに、前記基準座標面から２箇所の異なる所定の深さで円周方向に８箇所ずつプローブ７を当ててこれらの基準測定面Ｓの中心軸線を求め、５箇所の中心軸線の基準座標面から所定の深さの各座標値に基づいて、当該基準座標系のｙ軸の基準軸線を求める。

（手順１０）
次に、前述した手順４と同様にして、第２基準部材保持部９の長手方向に配列されている５つのブシュ１６の各基準測定面Ｓの中心軸線を求め、これら５箇所の中心軸線の所定の深さの各座標値に基づいて、前記基準座標系のｘ軸の基準軸線を求める。

（手順１１）
次に、手順９と手順１０で求めたｘ軸とｙ軸の基準軸線から、３次元測定機２の機械座標系（直角座標系）（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と座標変換で対応付けられた基準座標系（ｘ、ｙ、ｚ）を決定する。

（手順１２）
次に、前述した手順６と同様にして、直角ステップゲージ１の裏（下面）側で設定された前記基準座標系（ｘ、ｙ、ｚ）に基づいて、Ｘ軸とＹ軸間の直角度βを算出する。

（手順１３）
次に、手順６で算出した直角度αと手順１２で算出した直角度βから、３次元測定機２のＸ−Ｙ軸間の真の直角度γを、γ＝（α＋β）／２として求める。

ここで、αとβには直角ステップゲージ１自体の誤差が含まれるが、これら２つの値を平均することによって、直角ステップゲージ１自体の誤差は除かれて、３次元測定機２の直角度γを高精度で算出することができる。

すなわち、直角ステップゲージ１自体の誤差（直角度）をδとすると、γ＝α＋δであり、一方、直角ステップゲージ１をｙ軸回りに反転すると、δの符号の正負が反転するため、γ＝β−δとなる。

したがって、αとβの平均値が真の直角度γとなる。例えば、α＝０．０２、β＝０．０３であれば、３次元測定機２の機械軸Ｘ、Ｙ間の直角度γは、γ＝０．０２５となる。このとき、直角ステップゲージ１自体の直角度δは、δ＝（β−α）／２＝０．００５となる。

なお、直角ステップゲージ１は、第１基準部材保持部８を３次元測定機２のＸ方向の機械軸と平行にセッティングして測定してもよい。また、第２基準部材保持部９の長手方向を軸にして上下反転してもよい。

また、３次元測定機２のＹ方向とＺ方向の機械軸間、ならびに、Ｚ方向とＸ方向の機械軸間の直角度の検証は、直角ステップゲージ１を、前述した図７及び図８に示す取付治具１９を用いて測定テーブル３上に縦向き姿勢でセッティングすることで、前述したＸ方向とＹ方向の機械軸間の直角度を求める手順と同様にして行うことができる。

また、本実施形態の直角ステップゲージ１においては、第１基準部材保持部８と第２基準部材保持部９のそれぞれの両端に固定されている基準部材保持駒１５にそれぞれ縦に２つずつ装着されているブシュ１６を用いて、直角ステップゲージ１を測定テーブル３上に水平にセッティングしたままで、Ｚ軸方向の位置決め精度の確認を行うことができる。

さらに、直角ステップゲージ１を、取付治具を用いて上面または下面が３次元測定機２のＹ−Ｚ平面またはＺ−Ｘ平面と平行になるように、測定テーブル３上に縦向きにセッティングしたままで、Ｘ軸方向またはＹ軸方向の位置決め精度の確認を行うことができる。

また、前述した実施形態のものにおいては、基準座標面を決定する際に、基準部材保持駒１５の上下の端面に設けた測定ポイントｋにプローブ７を当てているが、測定ポイントの位置は基準部材保持駒１５に限定するものではない。

例えば、測定ポイントを、直角ステップゲージ１の上面（表）側では第１基準部材保持部８の上面の支持脚１８近傍の点と、補強リブ１０の支持脚取付面１０Ａ上の点、及び、補強リブ１１の支持脚取付面１１Ａ上の点とし、下面（裏）側では、第１基準部材保持部８の下面の支持脚１８近傍の点と、補強リブ１０下面の支持脚１８近傍の点、及び、補強リブ１１下面の支持脚１８近傍の点としてもよい。

また、直角ステップゲージ１のプローブ７を当接させる測定ポイントや、ブシュ１６の基準測定面Ｓ以外の部分には、錆止め塗料を塗布する等、発錆を防止する処理を施してもよい。

図１１は、本発明の直角ステップゲージの別の実施形態を示す斜視図であって、同図に示す直角ステップゲージ１’は、基準部材として表面を基準測定面Ｓ’としたジルコニアの球体１６’を用いたものである。

前記直角ステップゲージ１’は、球体１６’の取付構造を除けば、ゲージ本体１４’と基準部材部材保持駒１５’の構造や素材は前述した直角ステップゲージ１と共通であり、また支持脚１８についても共通である。

図１２は、直角ステップゲージ１’の第１基準部材保持部８’と第２基準部材保持部９’の交差部の縦断面図であって、同図に示すように、球体１６’は、前記交差部の上下両面に形成されている当該球体１６’に適合した球面状凹部１７’にそれぞれ、接着剤を用いて仮想中立平面Ｐｎに対して上下対称的に固定されている。

また、その他の箇所に配置されている球体１６’についても同様に、仮想中立平面Ｐｎに対して上下に対称的に固定されている。また、図１１に示すように、第１基準部材保持部８’と第２基準部材保持部９’のそれぞれ端に取り付けられている基準部材保持駒１５’は、外側の面にのみ球体１６’が上下に２つずつ固定されている。

なお、以上に説明した各実施形態における直角ステップゲージ１、１’は、何れも基準部材保持駒１５、１５’を備えているが、これらは省略してもよい。また、支持脚１８は取付治具１９への取付部材を兼用した構造としているが、本発明はこれに限定するものではなく、取付治具には、ゲージ本体を直接ねじ止め等の手段で連結するようにしてもよい。

なお、図１１に示す直角ステップゲージ１’を用いた、図１に示す３次元測定機２の精度検査は、基本的には、前述した直角ステップゲージ１による検査手順と同様であるが、直角ステップゲージ１’を用いる場合には、プローブ７を球体１６’の基準測定面Ｓ’上の複数の点（例えば、基準測定面Ｓ’（球面）の赤道上で互いに離れた４点と、一方の極点））に当接し、これらの座標値から当該球体１６’の中心の座標値を求める。

１、１’ 直角ステップゲージ
２ ３次元測定機
３ 測定テーブル
４ 可動フレーム
５ ヘッド部
６ 昇降筒
６Ａ プローブヘッド
７ プローブ
８、８’ 第１基準部材保持部
９、９’ 第２基準部材保持部
１０、１１、１２、１３ 補強リブ
１０Ａ、１１Ａ 支持脚取付面
１１Ｂ 下面
１４、１４’ ゲージ本体
１５、１５’ 基準部材保持駒
１５Ａ ボルト孔
１５Ｂ 接着剤保持溝
１６ ブシュ（基準部材）
１６’ 球体（基準部材）
１６Ａ 円筒部
１６Ｂ 鍔部
１７ 取付孔
１７’ 球面状凹部
１８ 支持脚
１８Ａ 支持脚本体
ａ 大径部
ｂ、ｃ ねじ部
ｄ 平滑部
１８Ｂ 平座金
１８Ｃ 凹面状球面座金
１８Ｄ 凸面状球面座金
１８Ｅ 平座金
１８Ｆ 取付ナット
１９ 取付治具
１９Ａ 取付孔
２０ 連結ボルト
２１ ノックピン
ｈ、ｈ’ 肉抜き孔
ｋ 測定点
Ｎ１ ねじ孔
Ｎ２ ねじ穴
Ｐ１、Ｐ２ 仮想平面
Ｐｎ 仮想中立平面
Ｓ、Ｓ’ 基準測定面

Claims (5)

1. 上下両面が平行な平坦面で構成された略角棒状の第１基準部材保持部と第２基準部材保持部どうしが、それぞれの長手方向の中央位置で直角に同一面内で交差して、平面視略十字形に結合されているとともに、前記第１基準部材保持部と第２基準部材保持部の互いに直角に隣り合うそれぞれの側面間が筋交い状の補強リブで結合された、熱膨張係数が小さく寸法安定性に優れた素材からなるゲージ本体と、
   前記ゲージ本体の第１基準部材保持部と第２基準部材保持部のそれぞれの長手方向に沿って配列された、３次元測定機のプローブ先端が当接する基準測定面を有する複数の基準部材とを備え、
   前記複数の基準部材は、第１基準部材保持部と第２基準部材保持部のそれぞれの上面と下面に平行でこれらの中間に位置する仮想中立平面に対して、上下対称に配置されていることを特徴とする直角ステップゲージ。
2. 第１基準部材保持部及び第２基準部材保持部に配列される基準部材は、これらの基準部材保持部の上下両面を貫通する取付孔に嵌装固定される、内周面を基準測定面とした中空円筒状のブシュであることを特徴とする請求項１に記載の直角ステップゲージ。
3. 第１基準部材保持部及び第２基準部材保持部に配列される基準部材は、これらの基準部材保持部の上下両面にそれぞれ形成された球面状凹部に接着保持された、表面を基準測定面とした球体であることを特徴とする請求項１に記載の直角ステップゲージ。
4. 第１基準部材保持部と第２基準部材保持部のそれぞれの両端に、これらの上下面から両方向に垂直に突出する基準部材保持駒が固定され、これらの基準部材保持駒にはそれぞれ、仮想中立平面に対して対称的に配置された一対の基準部材が装着されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の直角ステップゲージ。
5. 第１基準部材保持部と第２基準部材保持部の何れか一方に、その上下両面に開口する第１のねじ孔が形成されているとともに、当該ねじ孔に対して、第１基準部材保持部と第２基準部材保持部の交差位置の反対側で左右両側に位置する一対の補強リブの上下両面にそれぞれ、第２のねじ孔と第３のねじ孔が形成され、
   第１のねじ孔は、第１基準部材保持部と第２基準部材保持部の交差位置の中央を図心とする二等辺三角形の頂点に対応する位置に配置されているとともに、第２のねじ孔と第３のねじ孔は、当該二等辺三角形の底辺の両端に対応する位置に配置され、
   前記第１乃至第３のねじ孔にはゲージ本体の上下両側からそれぞれ、当該ゲージ本体を３次元測定機の測定テーブル上に支持する支持脚が螺着されていることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の直角ステップゲージ。

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