JPH01502529A - 機械較正装置およびその装置による較正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 機械較正装置およびその装置による較正方法技術分野 本発明は機械の２部品が相対的に移動する機械システムの較正を行なうｍ械較正 装置およびその装置による較正方法に関するものである。ｒａｍシステムの例と しては、座標測定器械と機械工具がある。

背景技術 このような機械は、一般的に、可動部を有し、この可動部は、一般的にＸ％ｙ％ Ｚ軸と称呼され、互いに直交する３つの軸に沿フて移動され、この可動部により 工具の加工物に対する位置決めが行なわれる。この工具はタッチトリガープロー ブような測定装置を包含する。このような機械は、測定装置、例えば、スケール とスケール読み取り装置を包含するものである。スケールはＪ［の３つの軸に沿 って配置され、スケール読み取り装置はｍ械可動部の移動距離を読み、工具の位 置を３つの軸に対して決定するものである。スケール自体は製造時に較正されて いる。

可動部は固定部上に設けたトラックに沿）て導かれるが、可動部の実際の移動距 離とスケールの読みとの間には誤差がある。これらのｇ差は、例えば、トラック の許容差またはミスアライメントに起因するもので、特に、ｍｇ部品のピッチン グ、ローリングおよびヨーイングによるものである。座標軸に設けたスケールに もミスアライメントがあり、スケールとスケール読み取り装置の間に誤差が生じ る。

このような機械誤差を機械のエラーマツプをプロットして説明した例としては、 米国特許３４５４．４４６号公報が知られている。これは、可動部を可動範囲内 の多数の位置に移動させ、この可動部が所定位置に達するごとに、その位置で停 止させてその停止位置でのスケール読み取り装置のカウント値を記録するように した例である。可動部の直交座標軸に対する実際の移動距離は、別の測定装置、 例えば、レーザ干渉計により単独で測定される。レーザ干渉計は可動部の移動に 際してレーザ干渉計内に生じる干渉縞をカウントするカウンタを有する。カウン タのカウント値とスケール読み取り装置による読みの差は適正な記録装置にアナ ログまたはディジタルで記録される。

この方法によると、上述誤差の多くを補正できる情報が提供されるが、加工物は 、通常、機械の運転中に測定され、上述した方法では機械の移動に起因する誤差 は考慮されていない。

本発明の目的は、２つの部品の相対移動中に、自動的に、機械の較正を行なうこ とができる機械較正装置とその装置による較正方法を提供することにある。

発明の開示 本発明は、次のような機械と較正方法にある０機械は３方向に移動可能で、かつ 、工具を加工物に対して位置させる可動部と、相対移動する２つの部品の間に配 置され、かつ、前記３方向に対して２つの部品の移動を測定する測定装置とを有 する。較正方法は次のステップからなる機械の自動較正方法である。

ｊＨの損紙部品の移動距離を、機械の隼−または複数の測定装置により測定され る測定距離と無関係か、あるいは、関係して、３方向のうちの少なくとも１方向 に対して測定する装置としての干渉測定器械を取り付けるステップ。

両測定器械と機械の単一または複数の測定装置により、予め定めた間隔で、同時 に測定の記録を始めるステップ、 記録された測定値を比較し、測定値の差を表示するステップ。

工具という語は、この文脈では、測定プローブを包含する。

独立したパルスジェネレータから同期信号を予め定めた間隔で、干渉縞カウンタ とスケール読み取り装置に出力し、出力された同期信号に同期して、干渉測定装 置と機械の測定装置（通常は、スケールとスケール読み取り装置）により測定値 の記録を開始するか、あるいは、干渉縞カウンタまたはスケール読み取り装置を 制御し、一方の装置により読みとられた値が予め定めた値に達するごとに、信号 を他方の装置に出力し、測定値の記録を開始させる。

このようにすると、測定装置と干渉測定ＩＩの読みの差は、前記米国特許３，６ ５４，４４６号公報に記載された方法により生じる誤差より小さくなる。測定誤 差を考慮して較正したスケールの読みを表示させるように、自動機の制御用コン ピュータをプログラムすることができる。

また、本発明は次の装置にある。この装置は、自動的に機械を較正する装置であ りて、直交する３方向に相対移動可能で、かつ、加工物に対して工具を位置させ る部品を有し、また、相対的に移動する部品と部品の間に配置され、かつ、前記 ３方向に対して部品の移動距離を測定する部品を有する。この装置は、干渉測定 装置と、記録装置の記録を開始させる手段と、測定値を比較してその差を表示す る手段により構成されている。

干渉測定装置は、機械の単一または複数の測定装置により測定される測定距離と 無関係か、あるいは、関係して、３方向のうちの少なくとも１方向に対して第１ 部品の移動距離を測定する器械に対して配置されている。記録装置を同時に記録 開始させる手段は、両測定器械か、あるいは、測定装置のいずれか一方による測 定値の記録を、予め定めた間隔ごとに、同期させて開始させるようになっている 。

発明を実施するための最良の形態では、干渉縞カウンタはカウント値が所定方向 で所定の僅に達したとき、信号をスケール読み取り装置に出力し、この信号に同 期して読みの記録を開始させる手段を有する。

電子装置のタイミングエラーは比較的安定していて、個々に較正することができ るが、干渉測定装置からの信号を、測定プローブを取り付けたスピンドル上のレ シーバに出力するのが望ましい。

このレシーバは、測定動作中、プローブから発生され、かつ、プローブ信号と同 様にして、信号調整電子機械インターフェースを介してスケール読み取り装置に 出力される信号と本貫的に同一の信号を発生するようになっている。

プローブとスケール読み取り装置の間の回路に起因する誤差や遅延は、本発明の 方法よる読み取り誤差に包含されている。

図面の簡単な説明 第１図は干渉計を取り付けた座標測定器械を示す３４２図は７４１図に示す干渉 計を詳細に示した図、第３図は干渉計に出力する信号を発生するシステムを詳細 に示した図、 箆４図は干渉計に出力する信号を発生するシステムの他の例を示す図である。

発明を実施するための最良の形態 Ｎ１図は座標測定機械を示す、固定ワークテーブルには被Ｓ定物である加工物が 載置されている。座標フレーム構造は直立支柱２、直立支柱３をクロスビーム４ により連結しである。直立支柱２はトラック５上をエアベアリングで移動される ようになりている。直立支柱３はワークテーブル上をエアベアリングで移動され るようになうている。直立支柱２．３の移動方向はＸ軸上の矢符ｙで示す、クロ スビームはキャリジ６をエアベアリングで支持し、キャリジ６はＸ軸上を矢符Ｘ で示すように移動可能になっている。キャリジ６はピラー７を保持し、ピラー７ 内に、スピンドル８がエアベリングで保持されている。スピンドル８はｚｗＡ上 を矢符Ｚで示すように移動可能である。スピンドル８には、通常、測定プローブ ９が保持されている。

このようにしたので、測定プローブはｍ械可動範囲内の所定位置に位置させるこ とができる。

キャリジ６およびビラーフにはそれぞれ″ｆＳ１測定装置を構成するスケールと スケール読み取り装置が取り付けられている。第１測定装置により、プローブの 位置が）ｃ、ｙ、ｚ軸の基準点からの距直に換算して決定されている６図には、 スケール９とスケール読み取り装置１０のみを示しである。

レーザ干渉計１６はテーブル１に取り付けてあり、スピンドル８の移動距離を単 独で測定するようになフている。レーザ干渉計はレーザ１２を有する。レーザ１ ２はｍ械に対して所定値！に配置した支持体に取り付けられ、レーザビームを干 渉計１２を介してスピンドル８に出射するようになっている。

Ｎ２図は装置を詳細に示す。

干渉計１６はビームスプリッタ１５を有する。ビームスプリッタ１５はレーザビ ームの一方を基準分岐光にし、そのレーザビームをレトロリフレクタに出射し、 レーザビームのもう一方をユニット１８に取り付けたレトロリフレクタ１４に出 射するようになりている。ユニット１８はスピンドル８に取り付けられている。

レトロリフレクタはレーザビーム１３をビームスプリッタ１５に反射し、この反 射されたレーザビームを、ビームスプリッタで、再び、基準分岐光と合成し、合 成ビームを生成するものである。検出装置２０は合成ビームを受光し、干渉縞数 に応じてパルスを発生するものである。干渉縞は、較正プロセス中、レトロリフ レクタが移動され、合成ビームの一方のビームと他方のビームが干渉して形成さ れる。

検出装置２０により発生されたパルスは、ライン２２を介して、レトロリフレク タの移動距離を示すカウンタ２１に供給されている。カウンタ２１は機械に出力 される信号を発生する信号発生装置としてのカウンタである。信号発生装置は′ Ｍ３図とｆｉ４図に詳細を示す。

産業上の利用可能性 装置は所定の座標軸に沿って移動され、予め定めた間隔、例えば、１１ｎｃｈご とに、信号発生装置によりパルスが発生される。。

予め定めた間隔ごとに、予め定めた距離が干渉計の干渉縞の数に変換される。

カウンタからの出力と干渉縞の数は、両者が一致するまで、比較される。カウン ト値と干渉縞の数が一致したとき、出力パルスが出力され、ついで、次の予定距 離が干渉縞の数に変換される。当該予定距離と次の予定距離の差が間隔になる。

このようにすると、装置が所定座標軸を移動する間に、予定間隔ごとに、高精度 で、パルスを出力することができる。これらの出力されたパルスは、コントロー ラに出力され、コントローラがトリガされてスケール読み取り装置によりスピン ドル８の位置が読み取られる。誤差は、予め干渉計に設定した間隔で、装置によ り連続して読み取られる差を比較して評価される。干渉計の出力パルスとコント ローラのインターフェースを簡単にするため、インタフェースはスケールの読み の記録を開始させる装置で、既に、用いられたプローブ入力を用いて行なわれて いる。インターフェースの方法にはいくつかある。

１、出力パルスはプローブインターフェースからコントーラに出力される信号に コンパチブルな形式で発生される。この信号は通常のインターフェース出力信号 に替えて装置に出力される。

２、出力パルスは、通常、プローブからプローブインターフェースに出力される 信号にコンパチブルな形式で発生される。この信号はプローブ信号に替えてプロ ーブインターフェースに出力される。

３、出力信号はスピンドルの標準取り付は具に取り付けたユニットのレシーバに 出力される。

干渉計からの出力パルスをコントローラに出力し、スケール読み取り装置により 測定された距離の記録を開始させる望ましい方法の説明は第２図に示す、信号発 生システムからの出力パルスはライン２３を介して赤外線信号発生装置２４に出 力される。赤外線信号発生装置２４は赤外線信号をユニット１８の構成要素であ るレシーバに出力するものである。レシーバ２５はプローブにより発生される信 号にコンパチブルな信号を発生し、発生した信号をリード２６を介してプローブ 信号調整回路に出力し、さらに、プローブインターフェースを介してコントロー ラに出力する。

レシーバからの信号がコントローラに入力されると、そのときのスケール読み取 り装置の読みがコントローラにより記録される。プローブ信号が入力されたとき 、通常、ａｍが停止されるが、較正プロセス中、ユニット１８からの信号が入力 されたときは、コントローラにより機械が停止されないように、コントローラの ソフトウェアが修正される。

上述した、干渉計出力パルスをコントローラに出力する′ｆｂ１．３４２の方法 は、干渉計の同一のパルス発生器を用いているが、３４１の方法の場合は、コン トローラに直接か、あるいは、機械に取り付けた赤外線信号レシーバと、コント ローラに接続したケーブルのいずれか一方を介するかして入力される信号が生成 される。この方法によると、プローブ接続部とプローブインターフェースがバイ パスされる。このようにすると、スケール読み取り装置の読みが干渉計の読みに より近くなり、プローブ回路とプローブインターフェースのタイミングの不安定 を考慮しなくて良い。

３４２の方法の場合、干渉計のパルス発生器は、第２図に示すレシーバ２５を介 してプローブインターフニスユニットに入力されるパルスを発生する。この方法 によると、インターフェースとコントローラのタイミング不安定は補正されるが 、プローブのタイミング不安定は補正されない。

干渉針からの距離パルスは、機械部品の移動速度と要求される精度に基づき、２ つの方法により発生される。

３４３図はマイクロプロセッサの構成を示す。

マイクロプロセッサはマイクロプロセッサユニットされている。マイクロプロセ ッサは予定距離を干渉縞数に変換し、この干渉縞数をメモリに格納するようにプ ログラムされている。マイクロプロセッサは、機械の部品が相対移動していると き、アップ／ダウンカッタのカウント値を繰り返し読み取り、読み取ったカウン ト値と格納されている干渉縞数が一致するか、あるいは、所定の許容範囲内にな るまで、カウント数と干渉縞数を比較する。

一致したとき、マイクロプロセッサは信号を発生し、所定距離に到達したことを 記録する。そして、そのプロセスを、次の所定距離間隔の間に、繰り返す。

この方法は、比較が比較的低速度のマイクロプロセッサのソフトウェアにより行 なわれるから、機械が低速度で運転されるとき、用いられる。必要な場合は、ラ ッチ装置をカクンタ２１に接続してラッチ装置によりカランタのカウント値をサ ンプルホールドし、ラッチされたカウント値がマイクロプロセッサにより読み取 られる。

機械を高速度運転するための他の方法を第４図に示す、コントロールシステムは マイクロプロセッサユニット４０、コンパレータ４２、アップ／ダウンカウンタ ２１により構成されている。マイクロプロセッサは予定距離を干渉縞数に変換し 、変換した干渉縞数をコンパレータにロードする。そして、コンパレータは、常 時、アップ／ダウンカウンタのカウント値と干渉縞数を比較し、カウント値と干 渉縞数が一致したとき、出力パルスを発生し、そのパルスを所定距離に達したこ とを記録するため、マイクロプロセッサに出力する。

ついで、マイクロプロセッサは次の干渉縞数をコンパレータにロードする。この ような方法では、マイクロプロセッサソフトウェアに比して比較的速いコンパレ ータのハードウェアにより、比較が行なわれる。

測定値の精度は、補間装置を用いて干渉縞数を細分することにより上げる事がで き、補間装置の出力は比較プロセスで用いられる。

距離間隔に替えて、時間間隔を用いても良い、コンパレータの場合、機械は一定 速度で運転されるのが望ましい、°さらに、その間隔は規則的であっても良いし 、不規則でありても良い。

また、他の例として、独立したパルス発生器は、同期パルスを干渉縞カランタと スケール読み取り装置に出力し、予め定めた間隔で、読みの記録を開始させ、測 定距離と１ａ械誤差の算出値を比較する。独立したパルスは、プログラムされた 時間間隔で、マイクロプロセッサユニット３０から出力されるか、あるいは、較 正を人為的に行なうもの、すなわち、規格化された大きさの装置をトリガしたと き、信号を干渉計に出力できるプローブから出力される。

本発明は、座標測定器械について説明したが、ａｍ工具の自動的な較正にも適用 可能である。

上述した方法は、機械の１つの座標軸上の誤差の測定方法である。ａ紙の３つの 座標軸合てに対して同様にして取り扱うことができるのは明らかである。自動機 において、さらに完全に較正するため、コントローラはスピンドル８を、対角線 に沿うとと、もに、ワークテーブルのコーナから離れるか、あるいは、ワークテ ーブルのコーナに向かって移動させ、Ｘ軸およびｙ軸の測定値を同時に、または 、Ｘ軸、ｙ軸およびＺ軸の測定値を同時に得るようにプログラムすることができ る。この場合、レーザビームは対角線に沿って出射され、スピンドルの移動に追 従する。角度測定干渉計を用いることにより、回転誤差を較正することができる 。

有線または無線トランスミッシ運ンは、干渉計距離パルスをｒａｔｓに出力する 赤外線ビームに替えて、例えば、超音波、マイクロ波および無線ビームを用いる ことができる。

本発明方法により検出されるｔＡ差を、機械の制御用コンビエータのメモリにマ ツピングするようにしたので、コンピュータは、動作中、スケール読み取り装置 情報とメモリにマツピングした誤差を用いて正確な読みを出力する。

スケールが書き換え可能な材料、例えば、磁気材料である場合、本発明の方法に より決定される誤差はスケール自体に書き込むことができるので、スケール読み 取り装置は可動部の移動距離と読み取り誤差を同時に読み取ることができる。こ のような方法は、最近出願された英国特許８７０５３０４号公報に開示されてい る。

国際調査報告 国際調査報告 ＧＢε８００１６７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）直交する３方向に相対移動可能で、かつ、工具を加工物に対して位置させる 部品と、相対的に移動する部品の間に位置し、かつ、前記方向に対して部品の移 動距離を測定する測定装置とを有する機械を自動的に較正する機械較正装置によ る較正方法であって、次の（１）（３）のステップを構えたことを特徴とする機 械較正装置による較正方法。 （１）前記３方向のうちの少なくとも１方向に対して、機械の単一または複数の 測定装置とは無関係か、あるいは、協働じて、第１機械部品の移動距離を測定す る機械に、干渉測定器械を取り付けるステップ、（２）前記移動中、予定の間隔 ごとに、両測定器械と単一または複数の測定装置とによる前記移動距離の測定の 記録を、同時に、開始させるステップ、（３）記録された２つの移動距離を比較 し、両移動距離の差を示すステップ。 ２）請求の範囲第１項に記載の方法において、無線送信される信号を受信するレ シーバを複数機械部品の少なくとも１つの部品に取り付け、かつ、無線送信され た信号を干渉測定器械から前記レシーバに送信して、機械に取り付けた単一また は複数の測定装置の測定距離の記録を開始させるステップを備えたことを特徴と する機械較正装置による較正方法。 ３）請求の範囲第２項に記載の方法において、干渉測定器械により測定された移 動距離を記録すると同時に、無線送信された信号を干渉測定器械からレシーバに 送信するステップを備えたことを特徴とする機械較正装置による較正方法。 ４）請求の範囲第１項に記載の方法において、可動部の一方は工具を取り付ける ものであり、この一方の可動部に、反射装置を取り付け、かつ、取り付けた反射 装置に、干渉測定器械からの測定ビームを出射し、可動部の移動を測定するステ ップを備えたことを特徴とする機械較正装置による較正方法。 ５）請求の範囲第４項に記載の方法において、無線送信された信号を受信するレ シーバを機械部品の一方に取り付け、かつ、無線送信される信号を干渉測定器械 からレシーバに送信して、単一または複数の測定装置の距離測定の記録を開始さ せるステップを備えたことを特徴とする機械較正装置による較正方法。 ６）直交する３方向に移動可能で、かつ、加工物に対して工具を位置させる部品 と、 相対的に移動する部品と部品の間に配置され、かつ、前記方向に対して部品の移 動距離を測定する測定装置とを有する機械較正装置おいて、 機械に対して配置され、かつ、機械の単一または複数の測定装置によって測定さ れた移動距離とは無関係か、あるいは、関係して、前記３方向のうちの少なくと も１方向に対して、第１部品の移動距離を測定する干渉測定器械と、 相対移動中、予定間隔ごとに、両測定器械と単一または複数の測定装置により測 定される移動距離の記録を同時に開始させる手段と、 記録された２つの測定距離を比較し、両測定距離の差を示す手段と を備えたことを特徴とする機械較正装置。 ７）請求の範囲第６項に記載の装置において、機械の単一または複数の測定装置 により測定される移動距離の記録を開始させる手段は、予定間隔ごとに信号を発 生して機械に出力する干渉測定器械の構成要素を備えたことを特徴とする機械較 正装置。 ８）請求の範囲第７項に記載の装置において、干渉測定器械は干渉縞カウンタ、 メモリおよびマイクロプロセッサを有し、かつ、マイクロプロセッサは予定距離 をメモリに格納した干渉縞数に変換し、かつ、相対移動中、干渉縞カウンタによ りカウントされた干渉縞数とメモリに格納された干渉縞数と比較し、かつ、両干 渉縞数が一致したとき、機械に出力する信号を生成するようにプログラムされて いることを特徴とする機械較正装置。 ９）請求の範囲第７項に記載の装置において、干渉測定器械は干渉縞カウンタ、 コンパレータおよびマイクロプロセッサを有し、かつ、マイクロプロセッサは予 定距離を干渉縞数に変換し、その干渉縞数をコンパレータに格納するようにプロ グラムされ、かつ、コンパレータは、相対移動中、干渉縞カウンタによるカウン ト値を比較し、両干渉縞数が一致したとき、機械に出力する信号を生成するよう になっていることを特徴とする機械較正装置。 １０）請求の範囲第７項に記載の装置において、レシーバは機械に取り付けられ 、かつ、機械の単一または複数の測定装置の測定値記録を開始させる無線送信信 号を受信するものであり、干渉測定器械は、無線送信信号をレシーバに送信する 送信装置を備えたことを特徴とする機械較正装置。 １１）請求の範囲第６項に記載の装置において、反射装置は工具を通常保持する 機械部品に取り付けられ、かつ、干渉測定器械は測定ビームを前記反射装置に出 射し、反射装置の移動距離を測定するようになっていることを特徴とする機械較 正装置。 １２）請求の範囲集１１項に記載の装置において、レシーバは前記機械部品に取 り付けられ、かつ、機械の単一または複数の測定装置による測定距離の記録を開 始させる無線送信信号を受信し、かつ、干渉測定器械は前記無線送信信号をレシ ーバに送信する送信装置を備えたことを特徴とする機械較正装置。