JP6761703B2 - Measured object measuring device and measured object measuring method - Google Patents

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Description

本発明は、被測定物測定装置および被測定物測定方法に係り、ボール体を被測定物に当接させて被測定物を測定するものに関する。 The present invention relates to a device for measuring an object to be measured and a method for measuring an object to be measured, and relates to a device for measuring an object to be measured by bringing a ball body into contact with the object to be measured.

従来より、精密加工における、ワークの芯出しや機上でのワークの測定機能はとても重要である。 Conventionally, in precision machining, the function of centering the work and measuring the work on the machine has been very important.

精密加工機(たとえば、金属精密加工用のマシニングセンター)では、複数の工具のうちのの1つの工具をタッチプローブに交換して、ワーク(被測定物)を測定することがある。 In a precision processing machine (for example, a machining center for precision metal processing), one of a plurality of tools may be replaced with a touch probe to measure a workpiece (measurement object).

タッチプローブでは、ワークとタッチプローブの先端球(ボール体)とが接触した時の先端球の位置(中心の位置)を検出して、先端球をワークに接触させるときの先端球の移動方向(被測定物に対する移動方向)と座標(先端球の中心位置)から、ワークを測定する。 The touch probe detects the position (center position) of the tip sphere when the work and the tip sphere (ball body) of the touch probe come into contact with each other, and the moving direction of the tip sphere when the tip sphere comes into contact with the work (the position of the tip sphere). The work is measured from the moving direction with respect to the object to be measured) and the coordinates (center position of the tip sphere).

ここで、従来の技術に関する特許文献として、たとえば、特許文献1を掲げることができる。 Here, for example, Patent Document 1 can be listed as a patent document relating to the conventional technique.

特許第5817379号公報Japanese Patent No. 5817379

ところで、タッチプローブの先端球(ボール体)は、当然のことではあるが、点ではなく(位置情報だけでなく)球状になっており三次元空間で大きさ(位置情報と体積)を持っている。 By the way, the tip sphere (ball body) of the touch probe is not a point but a sphere (not only the position information), and has a size (position information and volume) in a three-dimensional space. There is.

したがって、図11や図12で示すように、被測定物Wが四角柱や円柱等の単純形状である場合、その中心に向かってプローブ101(先端球103)を移動すれば、先端球103を被測定物Wの表面に垂直にあてることが容易である。そして、実際の測定位置(先端球103と被測定物Wとの当接位置W1)は、当接時の先端球103の中心の座標に、先端球103の半径Rの値を加えたり減じたりすれば、容易に得ることができる。 Therefore, as shown in FIGS. 11 and 12, when the object W to be measured has a simple shape such as a quadrangular prism or a cylinder, if the probe 101 (tip sphere 103) is moved toward the center thereof, the tip sphere 103 can be moved. It is easy to apply it perpendicularly to the surface of the object W to be measured. Then, the actual measurement position (contact position W1 between the tip sphere 103 and the object to be measured W) is obtained by adding or subtracting the value of the radius R of the tip sphere 103 to the coordinates of the center of the tip sphere 103 at the time of contact. Then, it can be easily obtained.

しかし、被測定物の表面が、図4で示すように非球面等の複雑な三次元形状である場合、当接時の先端球の当接角度がわからず、先端球と被測定物との当接位置等を容易に得ることができないという問題がある。 However, when the surface of the object to be measured has a complicated three-dimensional shape such as an aspherical surface as shown in FIG. 4, the contact angle of the tip sphere at the time of contact is unknown, and the tip sphere and the object to be measured There is a problem that the contact position and the like cannot be easily obtained.

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、被測定物の表面が複雑な三次元形状であっても、先端球と被測定物との当接位置等を容易に得ることができる被測定物測定装置および被測定物測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and even if the surface of the object to be measured has a complicated three-dimensional shape, the contact position between the tip sphere and the object to be measured can be easily obtained. It is an object of the present invention to provide an object measuring device and a method for measuring an object to be measured.

請求項1に記載の発明は、ボール体を被測定物から離れた待機位置から前記被測定物に近づく所定の一方向に移動させることで前記被測定物に当接させることを、3回以上の複数回おこなうボール体当接工程と、前記ボール体当接工程で前記被測定物に複数回当接させたときの前記ボール体の複数個所の位置を用いて、前記被測定物を計測する計測工程と、を有し、前記ボール体当接工程での前記各待機位置を前記所定の一方向から見ると、前記各待機位置のそれぞれは、お互いが、前記ボール体の直径の値もしくは直径より小さな値だけ離れており、前記ボール体当接工程は、前記当接を少なくとも4回おこなう工程であるとともに、前記各待機位置を前記所定の一方向から見ると、少なくとも4つの前記待機位置のうちの3つの前記待機位置における前記ボール体の中心で形成する3角形の内側に、4つの前記待機位置のうちの他の1つの前記待機位置における前記ボール体の中心が位置しており、前記計測工程が、前記3角形の内側に位置している1つの前記待機位置での前記ボール体の中心を含みZ軸方向に延びている1つの延長線と前記被測定物の表面との交点の位置、前記3角形の内側に位置している1つの前記待機位置からの移動で前記被測定物に前記ボール体が接したときの当接点の位置の、少なくともいずれかを計測する工程を含む被測定物測定方法である。 The invention according to claim 1 is to bring the ball into contact with the object to be measured three times or more by moving the ball from a standby position away from the object to be measured in a predetermined direction approaching the object to be measured. The object to be measured is measured by using the ball body contacting step performed a plurality of times and the positions of a plurality of positions of the ball body when the ball body is brought into contact with the object to be measured a plurality of times in the ball body contacting step. When each of the waiting positions in the ball body contacting step is viewed from the predetermined one direction, each of the waiting positions has a value or diameter of the diameter of the ball body. The balls are separated by a smaller value, and the ball contact step is a step of performing the contact at least four times, and when each of the standby positions is viewed from the predetermined one direction, at least four of the standby positions The center of the ball body at the other one of the four standby positions is located inside the triangle formed at the center of the ball body at the three standby positions. The measurement step is the intersection of one extension line extending in the Z-axis direction including the center of the ball body at the one standby position located inside the triangle and the surface of the object to be measured. A subject including a step of measuring at least one of the positions, the positions of the contact points when the ball body comes into contact with the object to be measured by moving from one of the standby positions located inside the triangle. This is a method for measuring an object to be measured.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の被測定物測定方法において、前記角形の3つの辺それぞれの長さの値が、前記ボール体の直径の値の1/3倍〜1倍の範囲内になっている被測定物測定方法。 According to a second aspect of the invention, the object to be measured measuring method according to claim 1, the values of the three sides each of the length of the triangle is 1/3 times to the value of the diameter of the ball member A method of measuring an object to be measured that is within the range of 1 times.

請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の被測定物測定方法において、前記角形の3つの辺それぞれの長さの値がお互いに等しくなっている被測定物測定方法である。 The invention described in claim 3 is the measured object measuring method according to claim 2, wherein a triangular three sides each of length values measured object is equal to one another measurement method.

請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の被測定物測定方法において、前記ボール体当接工程で複数回の当接を行い前記計測工程で計測を行うことを、待機位置を変えて複数回繰り返すことで、前記被測定物の外形形状をもとめる被測定物測定方法である。 The invention according to claim 4 is the method for measuring an object to be measured according to any one of claims 1 to 3, wherein the ball body abutting step is performed a plurality of times and the measurement is performed in the measuring step. This is a method for measuring an object to be measured, in which the outer shape of the object to be measured is obtained by repeating the above process a plurality of times by changing the standby position.

請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の被測定物測定方法において、前記ボール体当接工程で、前記ボール体を4回以上の複数回で前記被測定物に当接させる場合、前記所定の一方向からみたときに、複数回−(マイナス)1回の当接における前記ボール体の中心位置のそれぞれが、所定の円の円周を当分配するところに位置しており、残りの1回の当接における前記ボール体の中心位置が、前記円の中心のところに位置している被測定物測定方法である。 The invention according to claim 5 is the method for measuring an object to be measured according to any one of claims 1 to 4, wherein the ball body is subjected to a plurality of times of 4 times or more in the ball body contact step. When abutting the object to be measured, when viewed from the predetermined one direction, each of the center positions of the ball body in a plurality of − (minus) one abutments hits the circumference of a predetermined circle. This is a method for measuring an object to be measured, which is located at a point of distribution and the center position of the ball body in the remaining one contact is located at the center of the circle .

請求項6に記載の発明は、ボール体を被測定物に対して相対的に移動させるボール体移動部と、前記ボール体が前記被測定物に当接したときの前記ボール体の位置を検出するボール体検出部と、前記ボール体を前記被測定物から離れた待機位置から前記被測定物に近づく所定の一方向に移動させることで前記被測定物に当接させることを、3回以上の複数回おこなうように、前記ボール体移動部を制御し、前記ボール体を前記被測定物に複数回当接させたときの前記ボール体の複数個所の位置を検出するように前記ボール体検出部を制御するとともに、前記ボール体を前記被測定物に複数回当接させたときの前記ボール体の複数個所の位置を用いて、前記被測定物を計測する制御部と、を有し、前記制御部は、前記各待機位置を前記所定の一方向から見ると、前記各待機位置のそれぞれが、お互いに、前記ボール体の直径の値もしくは直径より小さな値だけ離れており、前記当接が少なくとも4回おこなわれるとともに、前記各待機位置を前記所定の一方向から見ると、少なくとも4つの前記待機位置のうちの3つの前記待機位置における前記ボール体の中心で形成する3角形の内側に、4つの前記待機位置のうちの他の1つの前記待機位置における前記ボール体の中心が位置し、前記3角形の内側に位置している1つの前記待機位置での前記ボール体の中心を含みZ軸方向に延びている1つの延長線と前記被測定物の表面との交点の位置、前記3角形の内側に位置している1つの前記待機位置からの移動で前記被測定物に前記ボール体が接したときの当接点の位置の、少なくともいずれかを計測するように構成されている被測定物測定装置である。 The invention according to claim 6 detects the position of the ball body moving portion that moves the ball body relative to the object to be measured and the position of the ball body when the ball body comes into contact with the object to be measured. The ball body detecting unit and the ball body are moved from a standby position away from the object to be measured in a predetermined direction approaching the object to be measured to bring the ball into contact with the object to be measured three times or more. The ball body detection is performed so as to control the ball body moving portion and detect the positions of a plurality of positions of the ball body when the ball body is brought into contact with the object to be measured a plurality of times. It also has a control unit that controls the unit and measures the object to be measured by using the positions of a plurality of positions of the ball when the ball is brought into contact with the object to be measured a plurality of times. When each of the standby positions is viewed from the predetermined direction, the control unit is separated from each other by a value of the diameter of the ball or a value smaller than the diameter of the ball, and the contact is made. Is performed at least four times, and when each of the standby positions is viewed from the predetermined one direction, inside the triangle formed at the center of the ball body at three of the four standby positions. The center of the ball at the other one of the four standby positions is located and includes the center of the ball at one of the standby positions located inside the triangle. The ball is moved to the object to be measured by moving from the position of the intersection of one extension line extending in the Z-axis direction and the surface of the object to be measured and the one standby position located inside the triangle. It is an object measuring device configured to measure at least one of the positions of contact points when a body comes into contact with the body.

請求項7に記載の発明は、請求項6に記載の被測定物測定装置において、前記角形の3つの辺それぞれの長さの値が、前記ボール体の直径の値の1/3倍〜1倍の範囲内になっている被測定物測定装置である。 The invention described in claim 7 is the measured object measuring apparatus according to claim 6, the value of the three sides each of the length of the triangle is 1/3 times to the value of the diameter of the ball member It is an object measuring device to be measured that is within the range of 1 times.

請求項8に記載の発明は、請求項6〜請求項7のいずれか1項に記載の被測定物測定装置において、前記角形の3つの辺それぞれの長さの値がお互いに等しくなっている被測定物測定装置である。
請求項9に記載の発明は、請求項6〜請求項7のいずれか1項に記載の被測定物測定装置において、前記制御部は、ボール体の当接を複数回行い前記ボール体を前記被測定物に複数回当接させたときの前記ボール体の複数個所の位置を検出することを、待機位置を変えて複数回繰り返すことで、前記被測定物の外形形状をもとめる被測定物測定装置である。
請求項10に記載の発明は、請求項6〜請求項7のいずれか1項に記載の被測定物測定装置において、前記制御部は、前記ボール体を4回以上の複数回で前記被測定物に当接させる場合、前記所定の一方向からみたときに、複数回−(マイナス)1回の当接における前記ボール体の中心位置のそれぞれが、所定の円の円周を当分配するところに位置しており、残りの1回の当接における前記ボール体の中心位置が、前記円の中心のところに位置するように構成されている被測定物測定装置である。
The invention according to claim 8, wherein in the section 6 to the measuring object measuring apparatus according to any one of claims 7, values of the three sides each of the length of the triangle is equal to each other This is an object measuring device.
The invention according to claim 9 is the object measuring device according to any one of claims 6 to 7, wherein the control unit makes the ball body abutting a plurality of times to obtain the ball body. Measurement of the object to be measured to determine the outer shape of the object to be measured by repeating the detection of the positions of a plurality of positions of the ball body when the object is brought into contact with the object to be measured a plurality of times by changing the standby position. It is a device.
The invention according to claim 10 is the object measuring device according to any one of claims 6 to 7, wherein the control unit measures the ball body four times or more a plurality of times. When abutting an object, each of the center positions of the ball body in a plurality of − (minus) one abutments when viewed from the predetermined one direction appropriately distributes the circumference of a predetermined circle. The object to be measured device is located at the center of the circle, and the center position of the ball body in the remaining one contact is located at the center of the circle.

本発明によれば、被測定物の表面が複雑な三次元形状であっても、先端球と被測定物との当接位置等を容易に得ることができるという効果を奏する。 According to the present invention, even if the surface of the object to be measured has a complicated three-dimensional shape, it is possible to easily obtain the contact position between the tip sphere and the object to be measured.

本発明の実施形態に係る被測定物測定装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the object measurement apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図1におけるII矢視図である。FIG. 2 is a view on arrow II in FIG. 本発明の実施形態に係る被測定物測定装置のブロック図である。It is a block diagram of the object measurement apparatus which concerns on embodiment of this invention. タッチプローブを用いた被測定物の測定状態を示す図である。It is a figure which shows the measurement state of the object to be measured using the touch probe. タッチプローブを用いた被測定物の測定状態の詳細を示す図である。It is a figure which shows the detail of the measurement state of the object to be measured using the touch probe. 図5におけるVI矢視図である。It is a VI arrow view in FIG. 本発明の実施形態に係る被測定物測定方法で使用する計算式を示す図である。It is a figure which shows the calculation formula used in the object measurement method which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る被測定物測定方法で使用する計算式を示す図である。It is a figure which shows the calculation formula used in the object measurement method which concerns on embodiment of this invention. 変形例に係る被測定物測定方法を示す図である。It is a figure which shows the measurement method of the object to be measured which concerns on the modification. 変形例に係る被測定物測定方法を示す図である。It is a figure which shows the measurement method of the object to be measured which concerns on the modification. 被測定物が四角柱状である場合における被測定物測定方法を示す図であり、(b)は(a)におけるXIB矢視図である。It is a figure which shows the measurement method of the object to be measured when the object to be measured is a square columnar, and (b) is the XIB arrow view in (a). 被測定物が円柱状である場合における被測定物測定方法を示す図である。It is a figure which shows the measurement method of the object to be measured when the object to be measured is columnar.

本発明の実施形態に係る被測定物の測定方法(被測定物測定方法)は、たとえば、図1等で示す被測定物の測定装置(被測定物測定装置)1によってなされる。 The method for measuring an object to be measured (method for measuring an object to be measured) according to the embodiment of the present invention is performed by, for example, the measuring device for the object to be measured (measured object measuring device) 1 shown in FIG.

被測定物測定装置1は、被測定物3を測定する専用機であってもよいが、被測定物測定装置1として、汎用の精密加工機(たとえば、金属精密加工用のマシニングセンター)が使用される。精密加工機1では、複数の工具のうちの1つの工具をタッチプローブ5に交換して、被測定物(ワーク)3を測定する。 The object to be measured device 1 may be a dedicated machine for measuring the object to be measured 3, but a general-purpose precision processing machine (for example, a machining center for precision metal machining) is used as the object to be measured device 1. To. In the precision processing machine 1, one of the plurality of tools is replaced with a touch probe 5 to measure the object to be measured (work) 3.

ここで、説明の便宜のために、水平な所定の一方向をX軸方向とし、水平な他の所定の一方向であってX軸方向に対して直交する方向をY軸方向とし、X軸方向とY軸方向とに対して直交する方向(上下方向)をZ軸方向とする。 Here, for convenience of explanation, one horizontal predetermined direction is defined as the X-axis direction, and the other predetermined horizontal direction perpendicular to the X-axis direction is defined as the Y-axis direction. The direction (vertical direction) orthogonal to the direction and the Y-axis direction is defined as the Z-axis direction.

タッチプローブ5は、図1や図2で示すように、筐体(タッチプローブ筐体)7とスタイラス9とを備えて構成されている。スタイラス9は、細長い棒体部11と、棒体部11の先端に設けられている球状のボール体(先端球)13とを備えて構成されている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the touch probe 5 includes a housing (touch probe housing) 7 and a stylus 9. The stylus 9 includes an elongated rod body portion 11 and a spherical ball body (tip ball) 13 provided at the tip of the rod body portion 11.

スタイラス9の基端側の部位(上側の部位)は、タッチプローブ筐体7内に入り込んでおり、タッチプローブ筐体7に支持されている。 The portion of the stylus 9 on the proximal end side (upper portion) is embedded in the touch probe housing 7 and is supported by the touch probe housing 7.

スタイラス9は、たとえば、ボール体13が棒体部11の下端に位置するとともに、棒体部11の中心軸が上下方向に延びるようにして、タッチプローブ筐体7の下端から下方に突出している。 The stylus 9, for example, projects downward from the lower end of the touch probe housing 7 so that the ball body 13 is located at the lower end of the rod body portion 11 and the central axis of the rod body portion 11 extends in the vertical direction. ..

スタイラス9は、Z軸方向、X軸に平行なA軸まわり、および、Y軸に平行なB軸まわりで、タッチプローブ筐体7に対して僅かに移動自在になっている。 The stylus 9 is slightly movable with respect to the touch probe housing 7 in the Z-axis direction, around the A-axis parallel to the X-axis, and around the B-axis parallel to the Y-axis.

常態(スタイラス9に何ら外力が加わっていない状態)では、スタイラス9は、タッチプローブ筐体7に対して最も下方に突出し、しかも、棒体部11の中心軸がZ軸方向に延びるように(基本姿勢になるように)、図示しない付勢部で付勢されている。 In the normal state (when no external force is applied to the stylus 9), the stylus 9 protrudes most downward with respect to the touch probe housing 7, and the central axis of the rod body portion 11 extends in the Z-axis direction (so that the stylus 9 protrudes most downwardly). It is urged by an urging part (not shown) so that it has a basic posture.

そして、タッチプローブ5を被測定物3に対して移動し、ボール体13が被測定物3に当接してスタイラス9に外力が働いたときに、Z軸方向への移動、X軸に平行なA軸まわりの回動、Y軸に平行なB軸まわりの回動のうちの少なくともいずれかの態様で、スタイラス9がタッチプローブ筐体7に対してごく僅かに移動するようになっている。 Then, the touch probe 5 is moved with respect to the object to be measured 3, and when the ball body 13 abuts on the object to be measured 3 and an external force acts on the stylus 9, it moves in the Z-axis direction and is parallel to the X-axis. The stylus 9 moves very slightly with respect to the touch probe housing 7 in at least one of rotation around the A axis and rotation around the B axis parallel to the Y axis.

また、タッチプローブ5は、当接によって上記ごく僅かな移動を開始した時(ボール体13が被測定物3に当接して基本姿勢から動き始めた時)に、当接信号(接触信号)を外部に発するようになっている。この後、タッチプローブ5が被測定物3から離れたときに、タッチプローブ5は基本姿勢に戻るようになっている。 Further, when the touch probe 5 starts the very slight movement due to the contact (when the ball body 13 comes into contact with the object 3 to be measured and starts moving from the basic posture), the touch probe 5 gives a contact signal (contact signal). It is designed to be emitted to the outside. After that, when the touch probe 5 separates from the object to be measured 3, the touch probe 5 returns to the basic posture.

被測定物測定装置1は、図1や図2で示すように、ベース体(ベッド)15と、X軸移動体17とY軸移動体19とZ軸移動体21とヘッド筐体23と主軸回転体25とを備えている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the object measuring device 1 includes a base body (bed) 15, an X-axis moving body 17, a Y-axis moving body 19, a Z-axis moving body 21, a head housing 23, and a spindle. It includes a rotating body 25.

X軸移動体17は、ベース体15に載置されるようにして、X軸方向で移動自在なようにベース体15に係合しており、X軸サーボモータ27(図3参照)等のアクチュエータによって、ベース体15に対してX軸方向で移動位置決め自在になっている。 The X-axis moving body 17 is mounted on the base body 15 and is engaged with the base body 15 so as to be movable in the X-axis direction, and the X-axis servomotor 27 (see FIG. 3) or the like is used. The actuator makes it possible to move and position the base body 15 in the X-axis direction.

X軸移動体17の上面の所定の位置には、被測定物3(図1や図2では図示せず)が、被測定物固定体(図示せず)を用いて、一体的に設置されるようになっている。 An object to be measured 3 (not shown in FIGS. 1 and 2) is integrally installed at a predetermined position on the upper surface of the X-axis moving body 17 by using a fixed object to be measured (not shown). It has become so.

Y軸移動体19は、ベース体15に載置されるようにして、Y軸方向で移動自在なようにベース体15に係合しており、Y軸サーボモータ29(図3参照)等のアクチュエータによって、ベース体15に対してY軸方向で移動位置決め自在になっている。 The Y-axis moving body 19 is mounted on the base body 15 and is engaged with the base body 15 so as to be movable in the Y-axis direction, such as a Y-axis servomotor 29 (see FIG. 3). The actuator makes it possible to move and position the base body 15 in the Y-axis direction.

Z軸移動体21は、X軸移動体17やX軸移動体17に設置された被測定物3の上方に位置しており、Y軸移動体19の側部でY軸移動体19に係合しており、Y軸移動体19に対してZ軸方向で移動自在になっている。また、Z軸サーボモータ31(図3参照)等のアクチュエータによって、Y軸移動体19に対してZ軸方向で移動位置決め自在になっている。 The Z-axis moving body 21 is located above the X-axis moving body 17 and the object 3 to be measured installed on the X-axis moving body 17, and is engaged with the Y-axis moving body 19 on the side of the Y-axis moving body 19. It fits and is movable in the Z-axis direction with respect to the Y-axis moving body 19. Further, an actuator such as a Z-axis servomotor 31 (see FIG. 3) makes it possible to move and position the Y-axis moving body 19 in the Z-axis direction.

ヘッド筐体23は、X軸移動体17やX軸移動体17に設置された被測定物3の上方に位置しており、Z軸移動体21に一体的に設けられている。主軸回転体25は、Z軸方向に延びた中心軸を回転中心にして回転するように、ヘッド筐体23に設けられている。 The head housing 23 is located above the X-axis moving body 17 and the object to be measured 3 installed on the X-axis moving body 17, and is integrally provided on the Z-axis moving body 21. The spindle rotating body 25 is provided in the head housing 23 so as to rotate about a central axis extending in the Z-axis direction as a rotation center.

そして、主軸サーボモータ33(図3参照)等のアクチュエータによって、Z軸移動体21に対して回転位置決め自在になっている。 Then, an actuator such as a spindle servomotor 33 (see FIG. 3) makes it possible to rotate and position the Z-axis moving body 21.

主軸回転体25は、この下端部がヘッド筐体23から下方に僅かに突出しており、主軸回転体25の下端部に、X軸移動体17の上面に一体的に設置されたワークを加工するための工具もしくはX軸移動体17の上面に一体的に設置された被測定物3を測定するためのタッチプローブ5(タッチプローブ筐体7)が一体的に設置されるようになっている。 The lower end of the spindle rotating body 25 slightly protrudes downward from the head housing 23, and a workpiece integrally installed on the upper surface of the X-axis moving body 17 is processed at the lower end of the spindle rotating body 25. A touch probe 5 (touch probe housing 7) for measuring the object to be measured 3 integrally installed on the upper surface of the tool or the X-axis moving body 17 is integrally installed.

このように構成されていることで、主軸回転体25の回転を停止して主軸回転体25をヘッド筐体23に固定すると、X軸移動体17に一体的に設置されている被測定物3に対して、主軸回転体25に一体的に設置されているタッチプローブ筐体7が、X軸方向、Y軸方向およびZ軸方向で、移動位置決め自在になる。 With this configuration, when the rotation of the spindle rotating body 25 is stopped and the spindle rotating body 25 is fixed to the head housing 23, the object to be measured 3 is integrally installed on the X-axis moving body 17. On the other hand, the touch probe housing 7 integrally installed on the spindle rotating body 25 can be moved and positioned in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction.

また、被測定物測定装置1では、たとえば、X軸サーボモータ27の回転出力軸に設けられているロータリエンコーダ等の検出器(図示せず)によって、X軸移動体17の位置を検出することができるようになっている。 Further, in the object measuring device 1 to be measured, for example, the position of the X-axis moving body 17 is detected by a detector (not shown) such as a rotary encoder provided on the rotary output shaft of the X-axis servomotor 27. Can be done.

同様にして、Y軸サーボモータ29の回転出力軸に設けられているロータリエンコーダ等の検出器(図示せず)によって、Y軸移動体19の位置を検出することができ、Z軸サーボモータ31の回転出力軸に設けられているロータリエンコーダ等の検出器(図示せず)によって、Z軸移動体21の位置を検出することができるようになっている。 Similarly, the position of the Y-axis moving body 19 can be detected by a detector (not shown) such as a rotary encoder provided on the rotary output shaft of the Y-axis servomotor 29, and the Z-axis servomotor 31 can be detected. The position of the Z-axis moving body 21 can be detected by a detector (not shown) such as a rotary encoder provided on the rotary output shaft of the above.

被測定物測定装置1についてさらに説明する。 The object measuring device 1 to be measured will be further described.

被測定物測定装置1は、ボール体13を被測定物3に対して相対的に移動させるボール体移動部35と、ボール体13が被測定物3に当接したときのボール体13の位置(X,Y,Z座標)を検出するボール体検出部37と、制御部39とを備えて構成されている。 The object measuring device 1 measures the positions of the ball moving portion 35 that moves the ball 13 relative to the object 3 and the ball 13 when the ball 13 comes into contact with the object 3. It is configured to include a ball body detection unit 37 for detecting (X, Y, Z coordinates) and a control unit 39.

ボール体移動部35は、すでに理解されるように、たとえば、X軸移動体17とY軸移動体19とZ軸移動体21とヘッド筐体23と主軸回転体25とX軸サーボモータ27とY軸サーボモータ29とZ軸サーボモータ31とにより、上述した態様で構成されている。 As is already understood, the ball body moving unit 35 includes, for example, an X-axis moving body 17, a Y-axis moving body 19, a Z-axis moving body 21, a head housing 23, a spindle rotating body 25, and an X-axis servomotor 27. The Y-axis servomotor 29 and the Z-axis servomotor 31 are configured in the above-described manner.

ボール体検出部37は、主軸回転体25に設置されているタッチプローブ5のボール体13が、X軸移動体17に設置されている被測定物3に当接し、タッチプローブ5が当接信号を外部に発した時の、X軸移動体17の位置とY軸移動体19の位置とZ軸移動体21との位置を、上記各検出器で検出することで、ボール体13の位置を検出するように構成されている。このとき、主軸回転体25はヘッド筐体23に固定されている。 In the ball body detection unit 37, the ball body 13 of the touch probe 5 installed on the spindle rotating body 25 comes into contact with the object to be measured 3 installed on the X-axis moving body 17, and the touch probe 5 contacts the contact signal. The position of the ball body 13 can be determined by detecting the position of the X-axis moving body 17, the position of the Y-axis moving body 19, and the position of the Z-axis moving body 21 with each of the above detectors when the above is emitted to the outside. It is configured to detect. At this time, the spindle rotating body 25 is fixed to the head housing 23.

制御部39は、CPU41とメモリ43とを備えて構成されており、次に示すように、ボール体移動部35とボール体検出部37とを制御するようになっている。 The control unit 39 includes a CPU 41 and a memory 43, and controls the ball body moving unit 35 and the ball body detecting unit 37 as shown below.

ボール体(ヘッド筐体23に固定されている主軸回転体25に設置されているタッチプローブ5のボール体)13を、被測定物(X軸移動体17に設置されている被測定物)3から、たとえば上方に離れた待機位置に位置させるようになっている。そして、この待機位置から被測定物3に近づく所定の一方向(たとえば、Z軸方向の下方)に移動させることで、被測定物3に当接させることを、3回以上の複数回、繰り返しておこなうようにボール体移動部35の制御をするようになっている。 The ball body (the ball body of the touch probe 5 installed on the spindle rotating body 25 fixed to the head housing 23) 13 is the object to be measured (the object to be measured installed on the X-axis moving body 17) 3. Therefore, for example, it is positioned at a standby position away from the upper side. Then, by moving the object to be measured 3 from this standby position in a predetermined direction (for example, downward in the Z-axis direction), the contact with the object to be measured 3 is repeated three or more times. The ball body moving unit 35 is controlled so as to perform the above.

また、ボール体13を被測定物3に複数回当接させたときのボール体13の複数個所の位置(たとえばボール体13の中心の位置;座標)を検出するように、ボール体検出部37を制御するとともに、ボール体13を被測定物3に複数回当接させたときのボール体13の複数個所の位置を用いて、被測定物3を計測するようになっている。 Further, the ball body detecting unit 37 detects the positions of a plurality of positions of the ball body 13 (for example, the position of the center of the ball body 13; coordinates) when the ball body 13 is brought into contact with the object 3 to be measured a plurality of times. 3 is controlled, and the object 3 to be measured is measured by using the positions of a plurality of positions of the ball body 13 when the ball body 13 is brought into contact with the object 3 to be measured a plurality of times.

なお、上記各待機位置(各当接位置)をZ軸方向から(Z軸方向で)見ると、上記各待機位置のそれぞれは、お互いが一直線上に位置することなく僅かに離れている。 When the standby positions (contact positions) are viewed from the Z-axis direction (in the Z-axis direction), the standby positions are slightly separated from each other without being positioned on a straight line.

また、被測定物測定装置1では、制御部39が、各待機位置でのボール体13の中心を含みZ軸方向に延びている複数の延長線のそれぞれと、被測定物3の表面との複数の交点のうちの少なくとも1つの交点の位置(座標)をもとめることで、被測定物3を計測するようになっている。 Further, in the object to be measured device 1, the control unit 39 has a plurality of extension lines extending in the Z-axis direction including the center of the ball body 13 at each standby position, and the surface of the object to be measured 3. The object 3 to be measured is measured by finding the position (coordinates) of at least one of the plurality of intersections.

なお、上記計測の態様に代えてもしくは加えて、制御部39が、ボール体13と被測定物3との複数の当接点(接触点)のうちの少なくとも1つの当接点の位置(座標)を計測(算出)することで、被測定物3を計測するようになっていてもよい。 In addition to or in addition to the above-mentioned measurement mode, the control unit 39 determines the position (coordinates) of at least one of the plurality of contact points (contact points) between the ball body 13 and the object to be measured 3. By measuring (calculating), the object to be measured 3 may be measured.

さらに、制御部39が、上記当接を少なくとも4回おこなうようになっており、各待機位置をZ軸から見ると、複数の待機位置のうちの1つの待機位置が、複数待機位置のうちの他の複数の待機位置の内側に位置していてもよい。 Further, the control unit 39 makes the contact at least four times, and when each standby position is viewed from the Z axis, one of the plurality of standby positions is one of the plurality of standby positions. It may be located inside a plurality of other standby positions.

たとえば、4つの待機位置のうちの3つの待機位置におけるボール体13の中心で形成する3角形の内側に、4つの待機位置のうちの他の1つの待機位置におけるボール体13の中心が位置していてもよい。 For example, the center of the ball 13 at the other one of the four standby positions is located inside the polygon formed at the center of the ball 13 at the three standby positions of the four standby positions. You may be.

この場合、制御部39が、3角形の内側に位置している1つの待機位置でのボール体13の中心を含みZ軸方向に延びている1つの延長線と被測定物3表面との交点の位置(座標)、3角形の内側に位置している1つの待機位置からの移動で被測定物3にボール体が接したときの当接点の位置(座標)の、少なくともいずれかを計測(算出)するように構成されていてもよい。 In this case, the control unit 39 is the intersection of one extension line extending in the Z-axis direction including the center of the ball body 13 at one standby position located inside the triangle and the surface of the object 3 to be measured. Position (coordinates), at least one of the positions (coordinates) of the contact point when the ball body comes into contact with the object 3 to be measured by moving from one standby position located inside the triangle ( It may be configured to calculate).

さらに、被測定物測定装置1において、制御部39が、ボール体13の当接を複数回行いボール体13を被測定物3に複数回当接させたときのボール体13の複数個所の位置(たとえばボール体13の中心の位置;座標)を検出することを、待機位置を変えて(ずらして)、被測定物3の計測対象になっている表面を網羅するように複数回繰り返すことで、被測定物3の外形形状をもとめるようになっていてもよい。 Further, in the object measuring device 1, the control unit 39 abuts the ball body 13 a plurality of times to bring the ball body 13 into contact with the object 3 a plurality of times, and the positions of the ball body 13 at a plurality of positions. By repeating (for example, the position of the center of the ball body 13; coordinates) a plurality of times by changing (shifting) the standby position and covering the surface of the object 3 to be measured. , The outer shape of the object to be measured 3 may be determined.

次に、被測定物測定装置1の動作(被測定物測定方法)について説明する。 Next, the operation of the object measuring device 1 (measurement method) will be described.

被測定物測定装置1は、たとえば、メモリ43に予め格納されている動作プログラムによって動作するようなっている。なお、図3に示す出力部45によって動作プログラムを表示したり、図3に示す入力部47によって動作プログラムを変更することができるようになっている。 The object measuring device 1 to be measured is operated by, for example, an operation program stored in advance in the memory 43. The output unit 45 shown in FIG. 3 can display the operation program, and the input unit 47 shown in FIG. 3 can change the operation program.

初期状態として、X軸移動体17上の所定に位置に被測定物3が一体的に設置されており、主軸回転体25にタッチプローブ5(タッチプローブ筐体7)が一体的に設置されており、主軸回転体25がヘッド筐体23に対して回転しないように固定されており、タッチプローブ5が、被測定物3の上方で被測定物3から離れて待機位置に位置しているものとする。 As an initial state, the object to be measured 3 is integrally installed at a predetermined position on the X-axis moving body 17, and the touch probe 5 (touch probe housing 7) is integrally installed on the spindle rotating body 25. The spindle rotating body 25 is fixed to the head housing 23 so as not to rotate, and the touch probe 5 is located above the object to be measured 3 and away from the object to be measured 3 in a standby position. And.

まず、ボール体13を被測定物3から離れた待機位置から被測定物3に近づくZ軸下方向に直線的に移動させることで被測定物3に当接させることを、3回以上の複数回繰り返しておこなう(ボール体当接工程)。 First, the ball body 13 is brought into contact with the object to be measured 3 or more three times or more by linearly moving the ball 13 from a standby position away from the object to be measured 3 downward on the Z axis approaching the object to be measured 3. Repeat the process (ball contact process).

ボール体当接工程で被測定物3に複数回当接させたときのボール体13の複数個所の位置(たとえばボール体13の中心の位置;座標)を用いて、被測定物3を計測する(計測工程)。 The object to be measured 3 is measured by using the positions of a plurality of positions of the ball body 13 (for example, the position of the center of the ball body 13; coordinates) when the object 3 is brought into contact with the object 3 a plurality of times in the ball body contact step. (Measurement process).

なお、上述したように、ボール体当接工程での各待機位置(各当接位置)をZ軸方向で見ると、各待機位置のそれぞれは、お互いが一直線上に位置することなく僅かに離れている。 As described above, when each standby position (each contact position) in the ball body contact process is viewed in the Z-axis direction, the respective standby positions are slightly separated from each other without being positioned in a straight line. ing.

また、計測工程では、各待機位置でのボール体13の中心を含みZ軸方向に延びている複数の延長線のそれぞれと被測定物3の表面との複数の交点のうちの少なくとも1つの交点の位置(座標)、ボール体13と被測定物3との複数の当接点(接触点)のうちの少なくとも1つの当接点の位置(座標)の、少なくともいずれかを計測(算出)する。 Further, in the measurement step, at least one intersection of each of the plurality of extension lines extending in the Z-axis direction including the center of the ball body 13 at each standby position and the surface of the object 3 to be measured is at least one. (Coordinates), and at least one of the positions (coordinates) of at least one of the plurality of contact points (contact points) between the ball body 13 and the object 3 to be measured is measured (calculated).

詳しく説明する。ボール体当接工程では、次に示すようにして、たとえば3回、ボール体13を被測定物3に当接させてボール体13の位置(3つの位置)を検出する。 explain in detail. In the ball body contact step, the positions (three positions) of the ball body 13 are detected by bringing the ball body 13 into contact with the object to be measured 3 three times, for example, as shown below.

まず、1回目の当接では、第1の待機位置P1(図6参照)から、ボール体13をZ軸下方向に移動して、ボール体13を被測定物3に当接させる(図5参照)。この後、ボール体13をZ軸上方に移動することで被測定物3から離して、X軸方向やY軸方向に僅かに移動して、第1の待機位置P1から僅かに離れた第2の待機位置P2(図6参照)に位置させる。 First, in the first contact, the ball body 13 is moved downward on the Z axis from the first standby position P1 (see FIG. 6) to bring the ball body 13 into contact with the object to be measured 3 (FIG. 5). reference). After that, the ball body 13 is moved upward on the Z axis to be separated from the object to be measured 3, slightly moved in the X-axis direction and the Y-axis direction, and slightly separated from the first standby position P1. It is located at the standby position P2 (see FIG. 6).

続いて、2回目の当接では、第2の待機位置Pから、ボール体13をZ軸方向(1回目の当接における方向と同方向)に移動して、1回目の当接と同様に、ボール体13を被測定物に当接させる。この後、ボール体13をZ軸上方に移動することでボール体13を被測定物3から離して、X軸方向やY軸方向に僅かに移動して、第1の待機位置P1および第2の待機位置P2から僅かに離れた第3の待機位置P3(図6参照)に位置させる。 Subsequently, in the second contact, the ball body 13 is moved in the Z-axis direction (the same direction as the direction in the first contact) from the second standby position P, and is the same as in the first contact. , The ball body 13 is brought into contact with the object to be measured. After that, by moving the ball body 13 upward on the Z axis, the ball body 13 is separated from the object to be measured 3 and slightly moved in the X-axis direction and the Y-axis direction to perform the first standby positions P1 and the second. It is positioned at a third standby position P3 (see FIG. 6) slightly away from the standby position P2.

続いて、3回目の当接では、第3の待機位置P3から、ボール体13をZ軸方向(1回目と2回目との当接における方向と同方向)に移動して、1回目や2回目の当接と同様に、ボール体13を被測定物3に当接させる。 Subsequently, in the third contact, the ball body 13 is moved in the Z-axis direction (the same direction as the direction in the contact between the first and second times) from the third standby position P3, and the first and second times are made. The ball body 13 is brought into contact with the object to be measured 3 in the same manner as the second contact.

上記3つの待機位置P1,P2,P3をZ軸方向から見ると、図6で示すように、各待機位置P1,P2,P3のそれぞれにおけるボール体13の中心位置O1,O2,O3が三角形49の頂点のところに位置している。この三角形49の3つの辺それぞれの長さの値は、図6では、ボール体13の直径(たとえば1mm程度)の値よりも大きくなっているが、実際には、小さくなっていることが望ましい。 When the above three standby positions P1, P2, and P3 are viewed from the Z-axis direction, as shown in FIG. 6, the central positions O1, O2, and O3 of the ball body 13 at each of the standby positions P1, P2, and P3 are triangles 49. It is located at the top of. In FIG. 6, the value of the length of each of the three sides of the triangle 49 is larger than the value of the diameter of the ball body 13 (for example, about 1 mm), but it is actually desirable that the value is smaller. ..

なお、三角形49の3つの辺それぞれの長さの値が、ボール体13の直径の値の1倍〜10倍の範囲内になっていてもよいし、1/3倍〜1倍の範囲内になっていてもよい。また、三角形49の3つの辺それぞれの長さの値がお互いに等しくなっていてもよい。 The value of the length of each of the three sides of the triangle 49 may be in the range of 1 to 10 times the diameter of the ball body 13, or 1/3 to 1 times. It may be. Further, the values of the lengths of the three sides of the triangle 49 may be equal to each other.

なお、各待機位置P1,P2,P3は、Z軸方向から見てお互いが僅かに離れているのであって、Z軸方向と交差する方向(たとえば直交する方向であるX軸方向)から見たときにお互いが大きく離れていてもよい。 The standby positions P1, P2, and P3 are slightly separated from each other when viewed from the Z-axis direction, and are viewed from a direction intersecting the Z-axis direction (for example, the X-axis direction which is an orthogonal direction). Sometimes they may be far apart from each other.

計測工程では、たとえば、次に示すようにして、待機位置P1からの移動でボール体13が被測定物3に当接した時(1回目の当接時)のボール体13の中心を含みZ軸方向に延びている延長線51(図5参照)と被測定物3の表面との交点53の位置(x座標、y座標、z座標)をもとめる。 In the measurement step, for example, as shown below, Z includes the center of the ball body 13 when the ball body 13 comes into contact with the object 3 to be measured (at the time of the first contact) by moving from the standby position P1. The position (x-coordinate, y-coordinate, z-coordinate) of the intersection 53 between the extension line 51 (see FIG. 5) extending in the axial direction and the surface of the object 3 to be measured is obtained.

さらに、詳しく説明すると、ボール体当接工程でのボール体13の1回目の被測定物3への当接時におけるボール体13の中心CPの位置(第1の中心位置;図7(a)で示すCP(x、y、z))と、ボール体当接工程でのボール体13の2回目の被測定物3への当接時におけるボール体13の中心CPの位置(第2の中心位置;図7(a)で示すCP(x、y、z))と、ボール体当接工程でのボール体13の3回目の被測定物3への当接時におけるボール体13の中心CPの位置(第3の中心位置;図7(a)で示すCP(x、y、z))とから、3つの中心位置(座標)を含む平面(ax+by+cz+d=0;図7(b)参照)をもとめる。 Further, to be described in more detail, the position of the center CP 1 of the ball body 13 at the time of the first contact of the ball body 13 with the object to be measured 3 in the ball body contact step (first center position; FIG. 7A). The CP 1 (x 1 , y 1 , z 1 )) indicated by) and the center CP 2 of the ball body 13 at the time of the second contact of the ball body 13 with the object to be measured 3 in the ball body contact step. The position (second center position; CP 2 (x 2 , y 2 , z 2 ) shown in FIG. 7 (a)) and the ball body 13 in the ball body contact step to the third object to be measured 3 Three center positions (coordinates) from the position of the center CP 3 of the ball body 13 at the time of contact (third center position; CP 3 (x 3 , y 3 , z 3 ) shown in FIG. 7 (a)). (A 1 x + b 1 y + c 1 z + d 1 = 0; see FIG. 7 (b)).

なお、ボール体13が、Z軸方向にしか移動しないので、当接位置でのボール体13の中心位置CPのx座標、y座標は、待機位置でのボール体13の中心位置O1のx座標、y座標と等しい。同様にして、中心位置CPのx座標、y座標は、待機位置での中心位置O2のx座標、y座標と等しく、中心位置CPのx座標、y座標は、待機位置での中心位置O3のx座標、y座標と等しい。 Since the ball body 13 moves only in the Z-axis direction, the x-coordinate and y-coordinate of the center position CP 1 of the ball body 13 at the contact position are the x of the center position O1 of the ball body 13 at the standby position. Equal to coordinates and y-coordinates. Similarly, the x-coordinate and y-coordinate of the center position CP 2 are equal to the x-coordinate and y-coordinate of the center position O2 at the standby position, and the x-coordinate and y-coordinate of the center position CP 3 are the center position at the standby position. It is equal to the x-coordinate and y-coordinate of O3.

平面の方程式(ax+by+cz+d=0)は、第1の中心CPの位置から第2の中心CPの位置へ向かうベクトル(図8(b)に示すベクトルCP12)と、第1の中心CPの位置から第3の中心CPの位置で向かうベクトル(図8(b)に示すベクトルCP13)との外積(外積ベクトル(p,q,r))と、第1の中心CPの位置とからもとめることができるし、また、第1の中心位置CP、第2の中心位置CP、第3の中心位置CPの3点からももとめることができる。 The plane equation (a 1 x + b 1 y + c 1 z + d 1 = 0) is a vector from the position of the first center CP 1 to the position of the second center CP 2 (vector CP 12 shown in FIG. 8 (b)). , The outer product (outer product vector (p, q, r)) with the vector (vector CP 13 shown in FIG. 8 (b)) extending from the position of the first center CP 1 to the position of the third center CP 3 and the first It can be determined from the position of the center CP 1 of 1 , and can also be determined from the three points of the first center position CP 1 , the second center position CP 2 , and the third center position CP 3 .

このもとめた平面(ax+by+cz+d=0)とXY平面(z=0;図7(c)参照)との交差角度θの余弦(cosθ;図7(d)参照)をもとめる。このもとめたcosθとボール体13の半径Rとから、Z軸の座標の補正値(Zc=R/cosθ)をもとめる。 Find the cosine (cos θ; see FIG. 7 (d)) of the intersection angle θ between the found plane (a 1 x + b 1 y + c 1 z + d 1 = 0) and the XY plane (z = 0; see FIG. 7 (c)). .. From the obtained cos θ and the radius R of the ball body 13, the correction value (Zc = R / cos θ) of the Z-axis coordinates is obtained.

1回目の当接位置におけるボール体13の中心CPの位置(中心の座標;x,y,z)とZ軸の座標の補正値Zcとから、1回目の当接でのボール体13の中心CP(第1の待機位置P1でのボール体13の中心O1)を含んでZ軸方向に延びている1本の延長線51と被測定物3の表面との交点53位置(交点53の座標;x,y,z−R/cosθ)をもとめる。なお、待機位置P1からボール体13が被測定物3側に近づく方向を、マイナス(−)方向としている。 From the position of the center CP 1 of the ball body 13 at the first contact position (center coordinates; x 1 , y 1 , z 1 ) and the correction value Zc of the Z-axis coordinate, the ball at the first contact The intersection 53 position of one extension line 51 extending in the Z-axis direction including the center CP 1 of the body 13 (the center O1 of the ball body 13 at the first standby position P1) and the surface of the object 3 to be measured. (Coordinates of intersection 53; x 1 , y 1 , z 1 −R / cos θ) is obtained. The direction in which the ball body 13 approaches the object to be measured 3 side from the standby position P1 is a minus (−) direction.

同様にして、ボール体13の2回目の被測定物3への当接時におけるボール体13の中心を含みZ軸方向に延びている延長線と被測定物3の表面との交点の位置(x座標、y座標、z座標)をもとめ、ボール体13の3回目の被測定物3への当接時におけるボール体13の中心を含みZ軸方向に延びている延長線と被測定物3の表面との交点の位置(x座標、y座標、z座標)をもとめてもよい。 Similarly, the position of the intersection of the extension line including the center of the ball 13 and extending in the Z-axis direction and the surface of the object 3 at the time of the second contact of the ball 13 with the object 3 to be measured ( The x-coordinate, y-coordinate, and z-coordinate) are obtained, and the extension line extending in the Z-axis direction including the center of the ball body 13 at the time of the third contact of the ball body 13 with the object to be measured and the object to be measured 3 The position of the intersection with the surface of the (x coordinate, y coordinate, z coordinate) may be obtained.

すなわち、2回目の当接時におけるボール体13の中心位置CP(中心の座標;x,y,z)とZ軸の座標の補正値とから、2回目の当接でのボール体13の中心位置CPを含んでZ軸方向に延びている1本の延長線と被測定物3の表面との交点位置(交点の座標;x,y,z−R/cosθ)をもとめてもよいし、3回目の当接時におけるボール体13の中心位置CP(中心の座標;x,y,z)とZ軸の座標の補正値とから、3回目の当接でのボール体13の中心位置CPを含んでZ軸方向に延びている1本の延長線と被測定物3の表面との交点位置(交点の座標;x,y,z−R/cosθ)をもとめてもよい。 That is, from the center position CP 2 (center coordinates; x 2 , y 2 , z 2 ) of the ball body 13 at the time of the second contact and the correction value of the Z-axis coordinate, the ball at the second contact intersection between one extension and the object to be measured 3 surfaces including the center position CP 2 of the body 13 extends in the Z-axis direction (intersection of coordinates; x 2, y 2, z 2 -R / cosθ ) May be obtained, or from the correction value of the center position CP 3 (center coordinates; x 3 , y 3 , z 3 ) of the ball body 13 and the Z-axis coordinate at the time of the third contact, the third time. The intersection position of one extension line extending in the Z-axis direction including the center position CP 3 of the ball body 13 at the contact of the object 3 with the surface of the object to be measured (coordinates of the intersection; x 3 , y 3 , 3 , z 3- R / cos θ) may be obtained.

なお、計測工程で、ボール体13と被測定物3との当接点55の位置(座標)をもとめるときには、たとえば、次のようにする。 When determining the position (coordinates) of the contact point 55 between the ball body 13 and the object to be measured 3 in the measurement step, for example, the following is performed.

前述した場合と同様にして、ボール体当接工程でのボール体13の第1の中心位置CP(図8(a)参照)と第2の中心位置CP(図8(a)参照)と第3の中心位置CP(図8(a)参照)とから、3つの中心位置(座標)を含む平面をもとめる。 In the same manner as described above, the first center position CP 1 (see FIG. 8A) and the second center position CP 2 (see FIG. 8A) of the ball body 13 in the ball body contact step. And the third center position CP 2 (see FIG. 8A), the plane including the three center positions (coordinates) is obtained.

このもとめた平面に対して直交し、1回目の当接でのボール体13の中心を含む直線の方程式(図8(c)で示す(x−x)/L=(y−y)/M=(z−z)/N)をもとめる。 An equation of a straight line including the center of the ball body 13 at the first contact, orthogonal to the obtained plane ((xx L ) / L = (yy M ) shown in FIG. 8 (c)). Find / M = (zz N ) / N).

このもとめた直線の方程式と、1回目の当接でのボール体13の表面の方程式(図8(d)で示す(x−x+(y−y+(z−z=R)との2つの交点の図8(e)で示す座標M01(xM1,yM1,zM1)、M02(xM2,yM2,zM2)をもとめる。ただし、zM1<zM2であるとする。 The equation of the straight line and the equation of the surface of the ball body 13 at the first contact ((xx 1 ) 2 + (yy 1 ) 2 + (zz) shown in FIG. 8 (d)). 1 ) Find the coordinates M 01 (x M1 , y M1 , z M1 ) and M 02 (x M2 , y M2 , z M2 ) shown in FIG. 8 (e) of the two intersections with 2 = R 2 ). However, it is assumed that z M1 <z M2 .

このもとめた2つの座標のうち、Z軸の座標が小さいほうのものが、1回目の当接での被測定物3とボール体13との接触点(当接点)55の座標(xM1,yM1,zM1)になる。 Of the two coordinates obtained, the one with the smaller Z-axis coordinate is the coordinate (x M1 ) of the contact point (contact point) 55 between the object 3 to be measured and the ball body 13 at the first contact. y M1 , z M1 ).

同様にして、2回目のボール体13と被測定物3との当接点の座標や、3回目のボール体13と被測定物3との当接点の座標をもとめてもよい。 Similarly, the coordinates of the contact point between the ball body 13 and the object to be measured 3 for the second time and the coordinates of the contact point between the ball body 13 and the object to be measured 3 for the third time may be obtained.

なお、上述したように、上記ボール体当接工程で、被測定物3でのボール体13の当接を少なくとも4回おこなってもよい。この場合、当接をする前のボール体13の各待機位置(当接したときのボール体13の各位置でもよい。)をZ軸方向から見ると、複数の待機位置のうちの1つの待機位置が、複数待機位置のうちの他の複数の待機位置の内側に位置している。 As described above, in the ball body contact step, the ball body 13 may be brought into contact with the object 3 to be measured at least four times. In this case, when each standby position of the ball body 13 before the contact (may be each position of the ball body 13 at the time of contact) is viewed from the Z-axis direction, one of the plurality of standby positions is on standby. The position is located inside the other standby positions of the plurality of standby positions.

たとえば、4つの待機位置のうちの3つの待機位置におけるボール体13の中心で形成する3角形の内側に、4つの待機位置のうちの他の1つの待機位置におけるボール体13の中心が位置している。 For example, the center of the ball 13 at the other one of the four standby positions is located inside the polygon formed at the center of the ball 13 at the three standby positions of the four standby positions. ing.

また、上記計測工程では、内側に位置している1つの待機位置でのボール体13の中心を含みZ軸方向に延びている1つの延長線と被測定物3の表面との交点の位置(座標)、内側に位置している1つの待機位置からの移動で被測定物3にボール体13が当接したときの当接点の位置(座標)の、少なくともいずれかを計測(算出)するが、3つの待機位置からの当接における交点の位置や当接点の位置を計測してもよい。 Further, in the above measurement step, the position of the intersection of one extension line including the center of the ball body 13 and extending in the Z-axis direction at one standby position located inside and the surface of the object 3 to be measured ( Coordinates), at least one of the positions (coordinates) of the contact points when the ball body 13 comes into contact with the object 3 by moving from one standby position located inside is measured (calculated). The position of the intersection and the position of the contact point in the contact from the three standby positions may be measured.

なお、上記ボール体当接工程で、4回以上の複数回、ボール体を被測定物に当接させる場合、複数回の当接をするときの各待機位置におけるボール体13の中心の位置をZ軸方向からみると、4回のうちの3回で、ボール体13の中心で三角形が形成されていればよい。 When the ball body is brought into contact with the object to be measured four or more times in the ball body contact step, the position of the center of the ball body 13 at each standby position when the ball body is brought into contact with the object to be measured a plurality of times is set. When viewed from the Z-axis direction, it is sufficient that a triangle is formed at the center of the ball body 13 in 3 out of 4 times.

たとえば、当接を4回行ったとき、Z軸方向から見て、ボール体13の中心の位置を順に適宜つないでいくと、4角形(1つの内角が180°を超えるものを含む)が形成されること(3点以上の点が1直線上に存在していないこと)が通常であるが、4回のうちの3回でボール体の中心の位置が1直線上に存在していることで、3角形しか形成されない態様であってもよい。 For example, when the contact is performed four times, a quadrangle (including one having an internal angle of more than 180 °) is formed by connecting the positions of the centers of the ball bodies 13 in order when viewed from the Z-axis direction. It is usually done (three or more points do not exist on one straight line), but the position of the center of the ball body exists on one straight line in three out of four times. In this mode, only a triangle may be formed.

ボール体当接工程で4回以上の複数回、ボール体13を被測定物3に当接させたときには、最小二乗法によって、上記平面(a1x+b1y+c1z+d1=0;図7(b)参照)や上記直線((x−x)/L=(y−y)/M=(z−z)/N;図8(c)参照)をもとめる。 When the ball body 13 is brought into contact with the object 3 to be measured four or more times in the ball body contact step, the plane (a1x + b1y + c1z + d1 = 0; see FIG. 7B) and the straight line are subjected to the least squares method. ((Xx L ) / L = (yy M ) / M = (zz N ) / N; see FIG. 8 (c)).

また、ボール体当接工程で、ボール体を4回被測定物3に当接させる場合、4回の当接をするときの各待機位置におけるボール体13の中心の位置をZ軸方向からみると、図9で示すように、4回のうちの3回の当接におけるボール体13の中心位置のそれぞれが正三角形の3つの頂点のそれぞれのところに位置しており、4回のうちの残りの1回の当接におけるボール体13の中心位置が、上記正三角形の中心のところに位置していることが望ましい。そして、残りの1回の当接における当接点の座標等をもとめることが望ましい。 Further, when the ball body is brought into contact with the object 3 to be measured four times in the ball body contact step, the position of the center of the ball body 13 at each standby position when the ball body is brought into contact with the object 3 four times is viewed from the Z-axis direction. And, as shown in FIG. 9, each of the center positions of the ball body 13 in the contact of 3 times out of 4 times is located at each of the 3 vertices of the equilateral triangle, and out of 4 times. It is desirable that the center position of the ball body 13 in the remaining one contact is located at the center of the equilateral triangle. Then, it is desirable to obtain the coordinates and the like of the contact point in the remaining one contact.

なお、被測定物の測定方法によって、被測定物の外形形状をもとめてもよい。 The outer shape of the object to be measured may be determined by the method of measuring the object to be measured.

すなわち、ボール体当接工程で複数回の当接を行い上記計測工程で計測を行うことを、待機位置を変えて(ずらして)、被測定物3の計測対象になっている表面を網羅するように、複数回繰り返すことで、被測定物3の外形形状をもとめてもよい。 That is, the surface of the object to be measured 3 to be measured is covered by changing (shifting) the standby position to perform the contact a plurality of times in the ball body contact process and perform the measurement in the above measurement process. As described above, the outer shape of the object to be measured 3 may be obtained by repeating the process a plurality of times.

被測定物測定方法によれば、ボール体当接工程での各待機位置を所定の一方向から見ると、各待機位置のそれぞれは、お互いが一直線上に位置することなく僅かに離れており、ボール体当接工程で被測定物3に複数回当接させたときのボール体13の複数個所の位置を用い、これらの複数個所の位置を含む平面をもとめ、被測定物3を計測するので、被測定物3の表面が複雑な三次元形状であっても、ボール体13と被測定物3との当接位置を、上記平面を用いた補正によって容易に得ることができる。 According to the measurement method of the object to be measured, when each standby position in the ball body contact process is viewed from a predetermined direction, each of the standby positions is slightly separated from each other without being positioned in a straight line. Since the measurement of the object 3 to be measured is performed by using the positions of a plurality of positions of the ball body 13 when the object 3 is brought into contact with the object 3 a plurality of times in the ball contact step, and finding a plane including the positions of the plurality of points. Even if the surface of the object to be measured 3 has a complicated three-dimensional shape, the contact position between the ball body 13 and the object to be measured 3 can be easily obtained by correction using the plane.

また、被測定物測定方法によれば、計測工程では、待機位置でのボール体13の中心を含みZ軸方向に延びている複数の延長線のそれぞれと被測定物3の表面との複数の交点のうちの少なくとも1つの交点の位置(座標)をもとめるので、Z軸の座標のみを補正すればよく、被測定物3の計測を一層容易にすることができる。 Further, according to the measurement method of the object to be measured, in the measurement step, a plurality of extension lines including the center of the ball body 13 at the standby position and extending in the Z-axis direction and a plurality of surfaces of the object 3 to be measured. Since the position (coordinates) of at least one of the intersections is obtained, only the coordinates of the Z axis need to be corrected, and the measurement of the object 3 to be measured can be further facilitated.

また、計測工程で、ボール体13と被測定物3との複数の当接点(接触点)のうちの少なくとも1つの当接点の位置(座標)をもとめるので、ボール体13と被測定物3との実際の当接点の座標を得ることができる。 Further, in the measurement step, the position (coordinates) of at least one contact point among the plurality of contact points (contact points) between the ball body 13 and the object to be measured 3 is obtained, so that the ball body 13 and the object to be measured 3 are used. You can get the coordinates of the actual contact point of.

また、被測定物測定方法によれば、計測工程で、内側に位置している1つの待機位置でのボール体13の中心を含みZ軸方向に延びている1つの延長線と被測定物3の表面との交点の位置(座標)や、内側に位置している1つの待機位置からの移動で被測定物3にボール体13が当接したときの当接点の位置(座標)を計測するので、計測する箇所(被測定物3の表面の点)に接する平面を正確にもとめることができる。 Further, according to the method of measuring the object to be measured, in the measurement process, one extension line including the center of the ball body 13 at one standby position located inside and extending in the Z-axis direction and the object to be measured 3 The position (coordinates) of the intersection with the surface of the object and the position (coordinates) of the contact point when the ball body 13 abuts on the object 3 to be measured by moving from one standby position located inside is measured. Therefore, the plane in contact with the measurement point (the point on the surface of the object to be measured 3) can be accurately determined.

また、被測定物測定方法によれば、ボール体当接工程で複数回の当接を行い計測工程で計測を行うことを、待機位置を変えて複数回繰り返すことで、被測定物3の外形形状をもとめるので、被測定物3全体の形状を広範囲(たとえば全体)にわたって得ることができる。 Further, according to the method of measuring the object to be measured, the outer shape of the object 3 to be measured 3 is obtained by repeating the process of abutting a ball body a plurality of times in the ball contact process and measuring in the measurement process a plurality of times by changing the standby position. Since the shape is determined, the shape of the entire object 3 to be measured 3 can be obtained over a wide range (for example, the whole).

ところで、被測定物測定装置1が精密加工機であり、精密加工機1に設置した被測定物3が、荒加工後であってさらに仕上げ加工を要するワークであるとすれば、被測定物3の外形形状をもとめることで、ワーク3の精密加工機1への設置精度、ワーク3の仕上げ代の把握を容易に得ることができる。 By the way, if the object to be measured device 1 is a precision processing machine and the object to be measured 3 installed in the precision processing machine 1 is a work that requires further finishing after rough processing, the object to be measured 3 is By determining the outer shape of the work 3, it is possible to easily grasp the accuracy of installing the work 3 on the precision processing machine 1 and the finishing allowance of the work 3.

また、ボール体当接工程で、ボール体を4回以上の複数回被測定物3に当接させる場合Z軸方向からみたときに、図10で示すように、複数回−(マイナス)1回の当接におけるボール体13の中心位置のそれぞれが、円CZの円周を当分配するところに位置しており、残りの1回の当接におけるボール体13の中心位置が、円CZの中心のところに位置していることが望ましい。 Further, in the ball body contact step, when the ball body is brought into contact with the object 3 to be measured four or more times a plurality of times- (minus) once when viewed from the Z-axis direction, as shown in FIG. Each of the center positions of the ball body 13 at the contact of the ball is located at a position where the circumference of the circle CZ is equally distributed, and the center position of the ball body 13 at the remaining one contact is the center of the circle CZ. It is desirable to be located at.

また、被測定物測定装置1において、X軸移動体17に設置された被測定物3に対して、主軸回転体25に設置されたタッチプローブ5が、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向で移動位置決め自在になっていることに加えて、X軸方向に延びたA軸まわりで回動位置決め自在であり、Y軸方向に延びたB軸まわりで回動位置決め自在になっていてもよい。 Further, in the object measuring device 1, the touch probe 5 installed on the spindle rotating body 25 has the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis with respect to the object 3 installed on the X-axis moving body 17. In addition to being freely movable and positioning in the direction, it is also rotatable around the A axis extending in the X-axis direction and rotatable around the B axis extending in the Y-axis direction. Good.

1 被測定物測定装置
3 被測定物
13 ボール体
35 ボール体移動部
37 ボール体検出部
39 制御部
51 延長線
53 交点
55 当接点の位置
O1,O1,O3 ボール体の中心
P1,P2,P3 待機位置
1 Measured object measuring device 3 Measured object 13 Ball body 35 Ball body moving part 37 Ball body detecting part 39 Control part 51 Extension line 53 Intersection point 55 Position of this contact point O1, O1, O3 Center of ball body P1, P2, P3 Standby position

Claims (10)

ボール体を被測定物から離れた待機位置から前記被測定物に近づく所定の一方向に移動させることで前記被測定物に当接させることを、3回以上の複数回おこなうボール体当接工程と、
前記ボール体当接工程で前記被測定物に複数回当接させたときの前記ボール体の複数個所の位置を用いて、前記被測定物を計測する計測工程と、を有し、
前記ボール体当接工程での前記各待機位置を前記所定の一方向から見ると、前記各待機位置のそれぞれは、お互いが、前記ボール体の直径の値もしくは直径より小さな値だけ離れており、
前記ボール体当接工程は、前記当接を少なくとも4回おこなう工程であるとともに、前記各待機位置を前記所定の一方向から見ると、少なくとも4つの前記待機位置のうちの3つの前記待機位置における前記ボール体の中心で形成する3角形の内側に、4つの前記待機位置のうちの他の1つの前記待機位置における前記ボール体の中心が位置しており、
前記計測工程が、前記3角形の内側に位置している1つの前記待機位置での前記ボール体の中心を含みZ軸方向に延びている1つの延長線と前記被測定物の表面との交点の位置、前記3角形の内側に位置している1つの前記待機位置からの移動で前記被測定物に前記ボール体が接したときの当接点の位置の、少なくともいずれかを計測する工程を含む、ことを特徴とする被測定物測定方法。
A ball body contact step in which the ball body is brought into contact with the object to be measured three or more times by moving the ball body from a standby position away from the object to be measured in a predetermined direction approaching the object to be measured. When,
It has a measurement step of measuring the object to be measured by using the positions of a plurality of positions of the ball when the ball is brought into contact with the object to be measured a plurality of times in the ball contact step.
When each of the standby positions in the ball body contact step is viewed from the predetermined one direction, each of the standby positions is separated from each other by a value of the diameter of the ball body or a value smaller than the diameter .
The ball body contact step is a step of performing the contact at least four times, and when each standby position is viewed from the predetermined one direction, the ball body contact step is at three of the standby positions out of at least four standby positions. Inside the triangle formed at the center of the ball body, the center of the ball body at the other one of the four standby positions is located.
The measurement step is an intersection of one extension line extending in the Z-axis direction including the center of the ball body at one standby position located inside the triangle and the surface of the object to be measured. The step of measuring at least one of the positions of the contact points when the ball body comes into contact with the object to be measured by moving from one of the standby positions located inside the triangle. , A method for measuring an object to be measured.
請求項1に記載の被測定物測定方法において、
前記角形の3つの辺それぞれの長さの値が、前記ボール体の直径の値の1/3倍〜1倍の範囲内になっていることを特徴とする被測定物測定方法。
In the method for measuring an object to be measured according to claim 1,
The 3 three sides the value of the length of each of the prismatic, DUT measurement method characterized in that it is in the range of 1/3 to 1 times the diameter of the ball member.
請求項2に記載の被測定物測定方法において、
前記角形の3つの辺それぞれの長さの値がお互いに等しくなっていることを特徴とする被測定物測定方法。
In the method for measuring an object to be measured according to claim 2,
Measured object measured how the value of the three sides each of the length of the triangle is equal to or has become equal to each other.
請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の被測定物測定方法において、
前記ボール体当接工程で複数回の当接を行い前記計測工程で計測を行うことを、待機位置を変えて複数回繰り返すことで、前記被測定物の外形形状をもとめることを特徴とする被測定物測定方法。
In the method for measuring an object to be measured according to any one of claims 1 to 3.
The subject is characterized in that the outer shape of the object to be measured can be obtained by repeating the process of abutting a ball body a plurality of times in the ball body abutting step and performing measurement in the measuring step a plurality of times by changing the standby position. Measurement method.
請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の被測定物測定方法において、
前記ボール体当接工程で、前記ボール体を4回以上の複数回で前記被測定物に当接させる場合、前記所定の一方向からみたときに、複数回−(マイナス)1回の当接における前記ボール体の中心位置のそれぞれが、所定の円の円周を当分配するところに位置しており、残りの1回の当接における前記ボール体の中心位置が、前記円の中心のところに位置していることを特徴とする被測定物測定方法。
In the method for measuring an object to be measured according to any one of claims 1 to 4.
In the ball body contact step, when the ball body is brought into contact with the object to be measured four times or more a plurality of times, a plurality of- (minus) one contact is performed when viewed from the predetermined one direction. Each of the center positions of the ball body in the above is located at a position where the circumference of a predetermined circle is uniformly distributed, and the center position of the ball body in the remaining one contact is the center of the circle. A method for measuring an object to be measured, which is characterized by being located in.
ボール体を被測定物に対して相対的に移動させるボール体移動部と、
前記ボール体が前記被測定物に当接したときの前記ボール体の位置を検出するボール体検出部と、
前記ボール体を前記被測定物から離れた待機位置から前記被測定物に近づく所定の一方向に移動させることで前記被測定物に当接させることを、3回以上の複数回おこなうように、前記ボール体移動部を制御し、前記ボール体を前記被測定物に複数回当接させたときの前記ボール体の複数個所の位置を検出するように前記ボール体検出部を制御するとともに、前記ボール体を前記被測定物に複数回当接させたときの前記ボール体の複数個所の位置を用いて、前記被測定物を計測する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記各待機位置を前記所定の一方向から見ると、前記各待機位置のそれぞれが、お互いに、前記ボール体の直径の値もしくは直径より小さな値だけ離れており、前記当接が少なくとも4回おこなわれるとともに、前記各待機位置を前記所定の一方向から見ると、少なくとも4つの前記待機位置のうちの3つの前記待機位置における前記ボール体の中心で形成する3角形の内側に、4つの前記待機位置のうちの他の1つの前記待機位置における前記ボール体の中心が位置し、
前記3角形の内側に位置している1つの前記待機位置での前記ボール体の中心を含みZ軸方向に延びている1つの延長線と前記被測定物の表面との交点の位置、前記3角形の内側に位置している1つの前記待機位置からの移動で前記被測定物に前記ボール体が接したときの当接点の位置の、少なくともいずれかを計測するように構成されていることを特徴とする被測定物測定装置。
A ball body moving part that moves the ball body relative to the object to be measured,
A ball body detecting unit that detects the position of the ball body when the ball body comes into contact with the object to be measured, and a ball body detecting unit.
By moving the ball body from a standby position away from the object to be measured in a predetermined direction approaching the object to be measured, the ball is brought into contact with the object to be measured three or more times. The ball body detection unit is controlled so as to control the ball body moving unit and detect the positions of a plurality of positions of the ball body when the ball body is brought into contact with the object to be measured a plurality of times. It has a control unit for measuring the object to be measured by using the positions of a plurality of positions of the ball when the ball is brought into contact with the object to be measured a plurality of times.
When each of the standby positions is viewed from the predetermined one direction, the control unit is separated from each other by a value of the diameter of the ball body or a value smaller than the diameter , and the contact with the control unit. Is performed at least four times, and when each of the standby positions is viewed from the predetermined one direction, inside the triangle formed at the center of the ball body at three of the four standby positions. The center of the ball body in the other one of the four standby positions is located.
The position of the intersection of one extension line including the center of the ball body and extending in the Z-axis direction at the one standby position located inside the triangle and the surface of the object to be measured, said 3. It is configured to measure at least one of the positions of the contact points when the ball body comes into contact with the object to be measured by moving from one of the standby positions located inside the polygon. A featured object measuring device.
請求項6に記載の被測定物測定装置において、
前記角形の3つの辺それぞれの長さの値が、前記ボール体の直径の値の1/3倍〜1倍の範囲内になっていることを特徴とする被測定物測定装置。
In the object measuring device according to claim 6,
The value of the three sides each of the length of the triangle is, the ball having a diameter of the workpiece measuring apparatus characterized that it is 1/3 the range to 1 times the value.
請求項6〜請求項7のいずれか1項に記載の被測定物測定装置において、
前記角形の3つの辺それぞれの長さの値がお互いに等しくなっていることを特徴とする被測定物測定装置。
In the object measuring device according to any one of claims 6 to 7.
The triangle of the three sides each of the workpiece measuring apparatus length value is equal to or has become equal to each other.
請求項6〜請求項7のいずれか1項に記載の被測定物測定装置において、
前記制御部は、ボール体の当接を複数回行い前記ボール体を前記被測定物に複数回当接させたときの前記ボール体の複数個所の位置を検出することを、待機位置を変えて複数回繰り返すことで、前記被測定物の外形形状をもとめることを特徴とする被測定物測定装置。
In the object measuring device according to any one of claims 6 to 7.
The control unit changes the standby position to detect the positions of a plurality of positions of the ball body when the ball body is brought into contact with the object to be measured a plurality of times and the ball body is brought into contact with the object to be measured a plurality of times. A device for measuring an object to be measured, characterized in that the outer shape of the object to be measured is obtained by repeating the process a plurality of times.
請求項6〜請求項7のいずれか1項に記載の被測定物測定装置において、
前記制御部は、前記ボール体を4回以上の複数回で前記被測定物に当接させる場合、前記所定の一方向からみたときに、複数回−(マイナス)1回の当接における前記ボール体の中心位置のそれぞれが、所定の円の円周を当分配するところに位置しており、残りの1回の当接における前記ボール体の中心位置が、前記円の中心のところに位置するように構成されていることを特徴とする被測定物測定装置。
In the object measuring device according to any one of claims 6 to 7.
When the control unit abuts the ball body on the object to be measured four times or more a plurality of times, the ball is abutted a plurality of times − (minus) once when viewed from the predetermined one direction. Each of the center positions of the body is located at a position where the circumference of a predetermined circle is equally distributed, and the center position of the ball body in the remaining one contact is located at the center of the circle. An object measuring device to be measured, which is characterized in that it is configured as follows.
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