KR100616483B1

KR100616483B1 - 3차원 좌표 측정기용 게이지

Info

Publication number: KR100616483B1
Application number: KR1020047001873A
Authority: KR
Inventors: 마츠다지로
Original assignee: 도꾸리쯔교세이호진 상교기쥬쯔 소고겡뀨죠
Priority date: 2002-05-09
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2006-08-28
Anticipated expiration: 2023-05-06
Also published as: WO2003095935A1; JP2003329402A; KR20040032894A; US20050066534A1; JP3837503B2; CN1277099C; AU2003231421A1; CN1556913A

Abstract

원통 형상 또는 원추 형상의 지지체(1)의 표면에 끼워 맞춤 홈(2)을 형성하고, 이 끼워 맞춤 홈(2)에 다수의 구체(3)를 열 설치한 구체 고정 부재(4)를 끼워 맞춰 고정한다. 지지체(1)에는 표준 링 게이지(5)가 형성되어 있다. 이 3차원 좌표 측정기용 게이지(10)를 3차원 측정기의 측정 테이블 상에 고정하고, 각 구체의 중심간 거리, 다수의 중심에서 형성되는 축선, 평면을 이용하여 계측을 행하고 1번의 측정에 의해서 3차원 좌표 측정기의 눈금의 교정, 진직도 및 직각도의 3항목의 평가를 동시에 할 수 있게 된다.

Description

3차원 좌표 측정기용 게이지{GAUGE FOR THREE-DIMENSIONAL COORDINATE MEASURER}

본 발명은 3차원 좌표 측정기의 성능 평가에 이용하기 위한 게이지에 관한 것이며, 특히 원통 형상 또는 원추 형상 표면을 구비한 지지체에 다수의 구체(球體)를 고정한 게이지를 이용하여 신속 또한 간편하게 3차원 좌표 측정기의 교정, 진직도(straightness) 및 직각도(squareness)를 동시에 구할 수 있도록 한 3차원 좌표 측정기용 게이지에 관한 것이다.

3차원 좌표 측정기(coordinate measuring machine: CMM이라고도 한다.)는 3차원 공간에 존재하는 이산(離散)된 X, Y, Z의 좌표점을 이용하여 계산기의 지원에 의해 치수 및 형상을 측정하기 위한 계측기이고, 보다 구체적으로는 테이블 상에 놓인 피측정물과 측정기의 Z축 선단에 장착된 프로브(probe)를 X, Y, Z의 3차원 방향으로 상대 이동시켜 프로브가 피측정물에 접촉한 순간을 잡아, 이 순간의 전기적 트리거(trigger)에 의해 각 이송축 방향의 좌표치를 판독하고, 이 좌표치에 근거하여 계산기에 의해서 치수 및 형상의 계측을 하는 것이다. 이러한 3차원 좌표 측정기는 자동차용의 엔진이나 변속기의 케이스와 같은 기계 부품류의 치수 측정에 이용되고, 측정 테이블 상에 세팅한 피측정물에 대하여 상기한 바와 같은 프로브의 선단을 접촉시켜 측정을 하고 있다.

상기와 같은 3차원 좌표 측정기는 일반적으로, 프로브가 서로 직교하는 3개의 방향으로 이동 가능한 구조로 되어 있고, 예컨대, 일본국 특개평 2-306101호 공보에 기재되어 있는 것으로서는 피측정물이 세팅되는 측정 테이블의 양측에서 수평 방향의 레일로 안내되어 직선 이동하는 문기둥 형상의 제1 이동체를 갖고 있고, 상기 제1 이동체에는 그 이동 방향과 직각인 수평 방향으로 이동 가능한 제2 이동체가 탑재되어 있다. 이 제2 이동체에는 상하 방향으로 이동 가능한 스핀들부가 설치되어 있고, 이 스핀들부의 선단에는 구를 고정한 프로브가 장착되며, 측정 테이블 상에 세팅된 피측정물의 상면에 프로브 선단의 구를 접촉시키면서 이것을 3차원 방향으로 이동시켜 피측정물 각부의 치수를 측정하고 있다.

이러한 3차원 좌표 측정기에서는 프로브 선단의 구가 마모되면 정확한 치수의 검출을 할 수 없게 된다. 또한, 3차원 좌표 측정기에 발생하는 측정 오차에는 프로브 선단의 이동을 안내하는 가이드 레일 등의 안내 부재의 만곡이나 휘어짐에 의해서 발생하는 프로브 선단의 사행(蛇行)에 의한 오차나, 서로 직각인 방향으로 프로브의 이동을 안내하는 2개의 안내 부재간의 직각에 대한 각도 오차 등도 포함되어 있다.

3차원 좌표 측정기는 특히 높은 정밀도가 요구되고, 고품질의 생산 형태를 구축하는 데에 있어서 중요한 요소가 된다. 3차원 좌표 측정기에 의한 고정밀도의 측정을 보증하는 의미에서 3차원 좌표 측정기 자체의 정밀도 검사를 점차적으로 하고, 그 후 이 3차원 좌표 측정기를 이용하여 측정할 때에는 정밀도 검사의 결과를 보정치로서 이용하여 측정치를 교정하며, 혹은 조정 수단에 의한 3차원 좌표 측정기의 미조정(微調整)을 하고 있다. 이 3차원 좌표 측정기의 정밀도 검사에 있어서는 기준이 되는 게이지가 필요하고, 그 게이지로서는 3차원 좌표 측정기의 프로브를 3차원적으로 이동시키는 것에 의해 그 검출치를 평가할 수 있도록 하지 않으면 안된다.

3차원 좌표 측정기의 각 축의 오차를 어떻게 조사할 지에 대해서는 많은 연구자에게 있어서 중대한 과제였다. 따라서, 3차원 좌표 측정기의 오차를 구하는 목적에 맞는 게이지가 고안되고 있지만, 어느 것이나 기본적으로는 좌표 구체의 측정에 의해서 행해지고 있는 것은 주지의 사실이다. 그리고, 좌표 구체를 어떠한 형태로 배치하여 측정 평가 게이지로 할지가 그 후의 문제가 되고, 좌표 구체를 동일 평면 내에 어떻게 배치할 것인지, 혹은 입체적으로 배치할 것인지 등, 여러 가지의 검사가 행해지고 있다.

이러한 3차원 좌표 측정기의 측정 평가용의 게이지로서, 본 발명자 등은 일본국 특개 2001-330428호 공보에 나타내어지는 바와 같은 3차원 좌표 측정기의 측정 오차 평가 방법 및 3차원 좌표 측정기용 게이지를 제안하고 있다. 여기서 이용되는 게이지는 도 7a 내지 도 7d에 도시하는 것과 같은 것이고, 이 3차원 좌표 측정기용 게이지(31)는 평면에서 봤을 때에 등각사다리꼴 형상의 윤곽을 갖으며, 균일한 두께를 갖는 블록 형상의 지지체(32)와, 이 지지체(32)의 양측의 경사한 면에 5개씩 등간격으로 배열되어 있는 다수의 구체(33)로 구성되어 있다. 지지체(32)의 각 면은 고정밀도의 평면으로 마무리되고, 그 두께 방향으로 관통하는 4개의 투공(透孔)(34)이 열려있다.

상기와 같은 3차원 좌표 측정기용 게이지(31)를 이용하여, 3차원 측정기의 교정 평가를 할 때에는 우선 1개의 좌표 구체(S1)의 적도상의 4점과 극의 1점의 합계 5점에 프로브를 접촉시켜 이들의 위치로부터 기하학적으로 구체의 중심 위치를 산정한다. 마찬가지로, 같은 열 상의 타단의 구체(S5)와 반대측의 열 상에 있는 같은 2개의 구체(S6, S10)의 4개소의 중심 위치를 측정하여 이들의 구체의 중심이 포함되는 가상 기준 평면(P)을 결정한다. 이어서, 대향하는 열에서의 서로 반대측 단부의 구체(S1, S10)의 각각의 중심을 지나는 직선을 A축(도 8참조)으로 하고, 이 A축 상의 중간점, 즉, A축과 기준축(N)과의 교점(O)을 원점으로 하여, 3차원 좌표 측정기용 게이지(31) 상에 수반한 좌표계, 즉, 게이지 좌표계를 설정한다. 이 게이지 좌표계는 가상 기준 평면 내에서 기준축의 방향을 X축, 상기 A축의 방향을 Y축으로 한 직각 좌표계에서 3차원 좌표 측정기의 기계축 방향으로 설정되어 있는 기계 좌표계와 일 대 일로 대응되어 있으므로, 각 구체 중심의 좌표치를 모두 게이지 좌표계에서 취급할 수 있다.

3차원 좌표 측정기용 게이지(31)의 세팅 위치에서 좌표 설정 후, 모든 구체의 중심 위치를 순차 측정하고, 다음에 상기 구체의 중심 위치를 역방향으로 되돌리면서 측정한다. 구체의 중심 위치의 측정은 각 구체마다 2회씩 행한다. 다음으로, 3차원 좌표 측정기용 게이지(31)를 기준축(N) 주위로 180도 반전하여 장착 치구 상에 세팅을 다시 하고, 상술한 순서와 같은 순서로 가상 기준 평면과 A축을 결정하여 3차원 좌표 측정기용 게이지(31) 상에 새로운 게이지 좌표계를 다시 설정한 다.

이어서, 상기와 같이, 모든 구체를 순서대로, 각 구체마다 2회씩 중심 위치의 측정을 한 후, 모든 구체를 역 방향으로 순서대로 되돌아가면서, 마찬가지로 각 구체마다 2회씩 측정한다.

3차원 좌표 측정기의 측정 오차의 평가로서는 먼저, 모든 구체의 측정으로 얻어진 구 직경의 측정 결과와 이들의 구체의 구 직경의 참값으로부터 구체의 안정 측정에 관한 오차 평가를 한다. 다음에 구체간의 X축(기준축(N)) 방향의 중심간 거리와 Y축(A축) 방향의 중심간 거리를 3차원 좌표 측정기용 게이지(31)를 겉 표면으로 하여 측정한 측정치로부터 산출하고, 이들의 구체간 거리에 규정되어 있는 참값과 비교하여 오차 평가를 한다. 이어서, 3차원 좌표 측정기용 게이지(31)를 180도 반전하여 측정한 측정치로부터 구체간의 A축 방향의 중심간 거리(△X'k-1)와, 기준축(N) 방향의 중심간 거리(△Y'k-1)를 3차원 좌표 측정기용 게이지(31)를 겉 표면으로 하여 측정한 측정치로부터 산출하여, 이들의 구체간 거리의 참값과 비교하여 오차 평가를 한다. 여기서는 3차원 좌표 측정기용 게이지(31)를 겉 표면에 세팅한 경우와, 기준축(N) 주위에 180도 반전시켜 세팅한 경우의 양측의 값을 평균하여 오차 평가하는 것으로써, 평가치의 정밀도를 높인다.

다음에, 3차원 좌표 측정기의 기계축의 진직도의 평가를 한다. 우선, X방향의 기계축의 진직도를 조사하기 위해서, 3차원 좌표 측정기용 게이지(31)를 겉 표면에 세팅하였을 때, 구체 S1 내지 S5의 5개의 각 구체에 관해서 좌표치(Yi)와, 반전하여 세팅하였을 때의 같은 구체의 좌표치(Y'i)로부터 δi=(Yi-Y'i)/2를 구한다. 서로 직각인 2방향의 진직도는 그 2방향에 각각 수직인 2세트의 기하학적 평행 평면으로 직선 형태를 끼웠을 때에, 2세트의 평행 평면의 각각의 간격이 최소가 되는 경우의 2평면의 간격, 즉, 2세트의 평행 평면으로 구분된 직육면체의 두 변의 길이로 나타낸다. 또한, 구체 S6 내지 S10의 5개에 관해서도 같은 연산을 하여 양자를 평균하여 진직도를 평가한다.

다음에, 3차원 좌표 측정기의 2개의 기계축 간의 직각도를 평가한다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 우선, X방향과 Y방향의 직각도를 평가하기 위해서, 3차원 좌표 측정기용 게이지(31)의 겉 표면에서의 5개의 구체의 중심의 좌표치로부터 최소 제곱법에 의해 얻어진 이들의 중심의 회귀 직선(R)과 좌표축(X)이 이루는 각도(θ)를 구한다. 다음에, 3차원 좌표 측정기용 게이지(31)를 반전하였을 때의 이들 5개의 구체의 중심 좌표치로부터 최소 제곱법에 의해 마찬가지로 얻은 회귀 직선(R')과 좌표축(X)이 이루는 각도(θ')를 구하여, (θ-θ')/2에 의해 3차원 좌표 측정기의 직각도를 평가한다. 또한, 다른 측의 5개의 구체 S6로부터 S10에 관해서도 같은 순서로 직각도의 평가를 하고, 양쪽의 결과를 평균함으로써 3차원 좌표 측정기의 X, Y 양축간의 직각도를 평가한다.

상기의 조작은 3차원 좌표 측정기용 게이지(31)를 예컨대 도 7a에 도시하는 바와 같은 자세로 3차원 좌표 측정기에 세트하여 행하는 것이지만, 그 밖에 도 7b에 도시하는 바와 같이 3차원 좌표 측정기용 게이지(31)를 XY 평면 내에서 90도 회전한 방향으로 세팅하여 Y방향의 기계축의 진직도를 평가한다. 또한, 도 7c에 도시하는 바와 같이 이 3차원 좌표 측정기용 게이지(31)를 세워 세팅함으로써, Z방향 의 기계축의 X방향의 만곡에 대한 진직도와, Z방향과 X방향의 2개의 기계축 간의 직각도를 평가하고, 도 7d에 도시하는 바와 같이 3차원 좌표 측정기용 게이지(31)를 XY평면 내에서 90도 회전한 방향으로 세팅하여, Z방향의 기계축의 Y방향의 만곡에 대한 진직도와, Y방향과 Z방향의 2개의 기계축 간의 직각도를 평가한다.

본 발명자 등이 제안한 상기와 같은 3차원 좌표 측정기용 게이지와 그것을 이용한 측정 방법에 의해서, 지금까지 눈금의 교정 작업과 기하 편차(형상 편차, 자세 편차)를 독립하여 실행한 3차원 좌표 측정기의 각 기계축의 오차 평가를 동시적으로 또한 고정밀도로 할 수 있게 된 것이지만, 고정밀도의 교정, 평가 작업을 하기 위해서는 상기한 바와 같이, 이 3차원 좌표 측정기용 게이지를 예컨대 도 7a에 도시하는 바와 같은 자세로 상기 각종 측정을 하고, 다음에 도 7b에 도시하는 바와 같이 게이지를 XY 평면 내에서 90도 회전한 방향으로 세팅하여 진직도를 평가를 하며, 또한 도 7c에 도시하는 바와 같이, 이 3차원 좌표 측정기용 게이지를 세워 세팅하여 Z방향의 기계축의 X방향의 만곡에 대한 진직도와, Z방향과 X방향의 2개의 기계축 간의 직각도를 평가하고, 또한, 도 7d에 도시하는 바와 같이 이것을 XY 평면 내에서 90도 회전한 방향으로 세팅함으로써 Z방향의 기계축의 Y방향의 만곡에 대한 진직도와, Y방향과 Z방향의 2개의 기계축 간의 직각도를 평가하게 된다. 이와 같이 먼저 제안한 게이지에서는 그 사용에 있어서 많은 작업을 해야하는 필요가 있으므로 번거롭고 많은 시간과 노력을 요하기 때문에, 보다 효율적인 작업을 할 수 있는 3차원 좌표 측정기용 게이지가 요망되고 있다.

따라서 본 발명은 3차원 좌표 측정기의 교정·평가를 함에 있어서, 신속 또 한 간편하게 그 작업을 할 수 있는 3차원 좌표 측정기용 게이지를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.

본 발명 중, 청구항 1에 관한 발명은 3차원 좌표 측정기용 게이지로서, 직선 형상의 모선(generator)을 중심축선 주위에 회전시켜 얻은 회전체의 외주면을 갖는 지지체 및 상기 지지체의 외주면에 장착되어 상기 지지체의 중심축선에 대하여 대칭 위치로 배치된 2개의 좌표 구체 유닛으로 이루어지는 적어도 1세트의 좌표 구체 유닛 쌍을 포함하고, 상기 좌표 구체 유닛의 적어도 1개는 직선 상에 배열된 다수의 좌표 구체를 구비하고 있는 것을 특징으로 한다.

여기서, 다른 좌표 구체 유닛은 최소한 1개의 좌표 구체를 구비한 것이다. 즉, 이 좌표 구체 유닛의 좌표 구체는 1개라도 되고, 또한, 다수의 좌표 구체를 구비한 것이라도 되지만 그 경우에는 다수의 구체는 직선 상에 배치한 것이 아니면 안된다.

또한, 좌표 구체 유닛의 개개의 구체는 직접 지지체의 외주면에 설치된 좌표 구체 유닛 장착부에 장착시켜도 되지만, 청구항 6 기재와 같이 좌표 구체 고정 부재를 통해 좌표 구체 유닛 장착부에 장착하여도 된다.

또한, 청구항 2에 관한 발명은 청구항 1 기재의 3차원 좌표 측정기용 게이지에서, 상기 직선 형상의 모선(母線)을 중심축선 주위에 회전시켜 얻어지는 회전체가 원통체인 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 3에 관한 발명은 청구항 1 기재의 3차원 좌표 측정기용 게이지 에서 상기 직선 형상의 모선을 중심축선 주위에 회전시켜 얻어지는 회전체가 원추체인 것을 특징으로 한다. 당연히 이 원추체에는 원추대도 포함되는 것으로 한다.

또한, 청구항 4에 관한 발명은 청구항 1 기재의 3차원 좌표 측정기용 게이지에서 상기 좌표 구체 유닛의 다수의 좌표 구체는 상기 지지체의 모선에 평행한 직선 상에 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 5에 관한 발명은 청구항 1 기재의 3차원 좌표 측정기용 게이지에서 상기 좌표 구체 유닛의 다수의 좌표 구체는 상기 지지체의 모선에 평행한 직선과 교차하는 직선 상에 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.

즉, 다수의 좌표 구체는 상기 지지체의 모선에 평행한 직선에 대하여 미리 정해진 각도만큼 경사하고 있는 직선 상에 배열되어 있는 경우 외에, 상기 지지체의 모선에 평행한 직선과 직교하고 있는 직선 상에 배열되어 있는 경우도 포함된다.

또한, 청구항 6에 관한 발명은 청구항 1 기재의 3차원 좌표 측정기용 게이지에서 상기 좌표 구체 유닛은 좌표 구체 고정 부재를 통해, 상기 지지체의 표면에 설치된 좌표 구체 유닛 장착부에 탈착 가능하게 장착되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 7의 발명은 청구항 6 기재의 3차원 좌표 측정기용 게이지에서 상기 좌표 구체 유닛 장착부는 상기 좌표 구체 고정 부재를 삽입할 수 있는 홈 형상으로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 8의 발명은 청구항 6 기재의 3차원 좌표 측정기용 게이지에서 상기 지지체를 자성 재료로 구성하는 동시에, 상기 좌표 구체 고정 부재에 영구 자석을 장착시키고, 이 좌표 구체 고정 부재를 상기 지지체에 탈착 가능하게 장착되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 청구항 9의 발명은 청구항 1 기재의 3차원 좌표 측정기용 게이지에서 상기 지지체에 표준 게이지부를 형성한 것을 특징으로 한다. 이 표준 게이지는 표준 링 게이지가 바람직하게 이용된다.

또한, 청구항 10의 발명은 청구항 1 기재의 3차원 좌표 측정기용 게이지에서 상기 지지체의 단면에 직립용 돌기를 설치한 것을 특징으로 한다. 이 직립용 돌기는 지지체의 단면에 3개 설치하는 것이 바람직하다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 실시예를 도시하고, 도 1a는 도 1c의 a-a에서 본 평면도이다.

도 1b는 도 1a의 b-b선에 의한 종단면도이다.

도 1c는 도 1a의 c-c선에 의한 종단면도이다.

도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시예에 이용하는 구체 유지 부재의 형태를 도시하는 도면이고, 도 2a는 제1 형태를 도시하는 설명도이다.

도 2b는 도 2a의 측면도이다.

도 2c는 구체 유지 부재에 영구 자석을 설치한 다른 형태를 도시하는 설명도이다.

도 2d는 도 2c의 측면도이다.

도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 다른 실시예를 도시하는 도면이고, 도 3a는 도 3c의 a-a에서 본 평면도이다.

도 3b는 도 3a의 b-b선에 의한 종단면도이다.

도 3c는 도 3a의 c-c선에 의한 종단면도이다.

도 3d는 구체 고정 부재의 단면 부분의 다른 예를 도시하는 도면이고, 도 3e의 d-d에서 본 일부 측면도이다.

도 3e는 도 3d의 e-e에서 본 저면도이다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하는 도면이고, 도 4a는 도 4b의 a-a에서 본 평면도이다.

도 4b는 도 4a의 b-b에서 본 측면도이다.

도 4c는 도 4a의 c-c에서 본 측면도이다.

도 5는 본 발명의 게이지를 측정할 때에 V자형 홈을 구비한 V블록 상에 놓인 상태를 도시하는 설명도이다.

도 6a 내지 도 6c는 또 다른 실시예를 도시하는 도면이고, 도 6a는 도 6b의 a-a에서 본 평면도이다.

도 6b는 도 6a의 b-b에서 본 측면도이다.

도 6c는 도 6a의 c-c에서 본 측면도이다.

도 7a 내지 도 7d는 종래예의 게이지를 3차원 좌표 측정기의 측정 테이블에 고정하여 작업을 하는 상태를 도시하는 설명도이다.

도 8은 종래예의 게이지를 3차원 좌표 측정기에 세팅한 상태를 도시하는 설 명도이다.

도 9는 종래예의 게이지를 이용하여 기계축 간의 직각도를 산출하는 방법을 설명하는 도면이다.

본 발명의 실시예를 도면에 따라 설명한다. 도 1a 내지 도 1c에는 본 발명의 일 실시예를 도시하고 있고, 금속제의 원통 형상 지지체(1)의 외주면에 이 원통 형상 지지체(1)의 중심축선에 평행하게, 즉 원통 형상 지지체(1)의 모선에 평행하게, 또한 서로 180도 떨어져 대향하는 위치에 좌표 구체 장착부가 설치되어 있다. 이 실시예에서는 좌표 구체 유닛은 6개의 좌표 구체(이하 구체로 약칭한다)를 구비한 것이 예시되어 있다. 이 좌표 구체 유닛은 대략 직육면체 형상의 좌표 구체 고정 부재(이하 구체 고정 부재로 약칭한다)(4)에 장착된다. 그리고, 이 구체 고정 부재(4)는 좌표 구체 장착부인 끼워 맞춤 홈(2)에 접착 혹은 나사 등의 수단으로 고정되어 있다.

또한, 이 원통 형상 지지체(1)의 외주면에는 이 실시예에서는 3개의 각각 크기가 다른 표준 링 게이지(5)가 형성되어 있다.

이 좌표 구체 유닛의 구체를 구체 고정 부재(4)에 고정하기 위해서는 여러 가지의 형태로 고정할 수 있다.

도 1a, 도 1c 혹은 도 1c의 일부 확대도의 D1에서는 도면에 도시하는 바와 같이, 구체 고정 부재(4)에 대하여 직접 구체(3)를 고정하여도 되고, 또한 도 1c의 일부 확대도의 D2 혹은 도 2a, 도 2b에 도시하는 바와 같이, 구체 고정 부재(4)에 대하여 구체 유지구(6)를 통해 고정하여도 된다.

또한, 구체(3)를 직접 지지체(1)에 고정하고, 혹은 도 1c의 확대도 D2에 도시하는 바와 같이 구체(3)를 고정한 구체 유지구(6)를 직접 지지체(1)에 고정하여도 된다.

또한, 상기 도 1c와 같이 구체 고정 부재(4)에 직접 구체(3)를 고정할 때에는 구체 고정 부재(4)에 대하여, 이것에 고정하는 구체(3)의 곡면과 동일 곡면을 갖는 구 형상 끼워 맞춤 홈(7)을 형성하고, 이 구 형상 끼워 맞춤 홈(7)에 구체(3)를 끼워 맞춰 접착 등의 수단으로 고정할 수 있다.

그 이외에, 구체 고정 부재(4)의 표면에는 상기와 같이 구 형상 끼워 맞춤 홈(7)을 설치하지 않고, 구체(3)를 임의의 평면으로 절단하여, 이것을 구체 고정 부재(4)의 표면에 대하여 고정하도록 하여도 된다. 또한, 그 때에 이용되는 일부가 평면에서 절단된 구체라도, 본 발명에서는 완전한 구체와 동일의 작용을 하므로, 본 발명에서는「구체」라고 칭한다.

상기한 바와 같이 구체(3)를 고정한 구체 고정 부재(4)는 실시예의 도 2a, 도 2b에 도시하는 바와 같이 형성하고, 이것을 원통 형상 지지체(1)의 끼워 맞춤 홈(2)에 끼워 맞춰, 접착 등의 고정 수단으로 고정할 수가 있지만, 그 밖에도, 예컨대 도 2c, 도 2d에 도시하는 바와 같이, 구체 고정 부재(4)의 저면(8)에 영구 자석(9)을 장착시켜, 이러한 구체 고정 부재(4)를 상기와 같은 원통 형상 지지체(1)의 끼워 맞춤 홈(2)에 끼워 맞추면서, 구체 고정 부재(4)의 영구 자석(9)에 의해 철 등의 자성 재료로 이루어지는 원통 형상 지지체(1)에 대하여 흡착시키는 것에 의해 고정되도록 해도 된다. 이와 같이, 원통 형상 지지체(1)에 대하여 끼워 맞춤 홈(2)을 설치함으로써 구체 고정 부재를 정확한 위치에, 또한 확실하게 고정할 수 있다.

이와 같이 구성하는 것에 의해, 원통 형상 지지체(1)와 구체(3)를 고정한 구체 고정 부재(4)를 분해한 상태로 운반할 수가 있어서 취급하기 쉬운 게이지를 형성할 수 있다. 또한, 이와 같이 구체(3)를 고정한 구체 고정 부재(4)를 탈착 가능하게 구성함으로써, 장기간의 사용에 의해 구체가 마모·변형하였을 때, 혹은 부적절한 취급에 의해 구체가 변형, 혹은 손상했을 때에 새로운 구체 고정 부재를 입수하여 장착시킴으로써, 염가에 또한 용이하게 보수할 수 있다.

이와 같이 구성된 원통 형상 게이지(10)를 이용하여 3차원 좌표 측정기의 성능 평가 작업을 할 때에는 3차원 좌표 측정기의 좌표계에 따라 X-Y평면 내, X-Z평면 내, 또한 Y-Z평면 내 중의 어느 곳에 원통 형상 게이지(10)를 픽스(fix)한다. X-Y평면 내에서는 도 5에 도시하는 바와 같은 V블록을 준비하여, 그 V홈에 이 원통 형상 게이지(10)를 옆으로 놓으면 안정적으로 픽스시킬 수 있다.

상기와 같은 원통 형상 게이지의 픽스에 있어서, 예컨대 Y방향으로 구체가 배치되고, X방향은 원통의 직경 방향으로 한 상태에서 3차원 좌표 측정기에 의해 도면 중 6개 나열된 한 측면 열의 구체(3)에 관해서 모두, 그 중심 위치를 구하기 위한 측정을 한다. 이 측정은 상기 종래의 기술에도 상세하게 기재되어 있듯이 주지의 방법에 의해 용이하게 구할 수 있다.

이렇게 하여 구한 구체의 열을 O도 측으로 한다. 다음에, 이 원통 형상 게 이지를 180도 회전시켜 다른 열의 구체에 관해서 같은 측정을 한다. 이 일련의 측정 데이터로부터, 구체의 중심간 거리를 구하고, 국가 표준기로 교정되어 있는 구체간의 거리와 비교하여 그 결과로부터 3차원 좌표 측정기의 눈금 교정을 할 수 있다.

다음에, 같은 구체의 상기 0도에서의 X₀ 좌표치 데이터와, 이것을 180도 반전하였을 때의 X₁₈₀좌표치 데이터를 아래와 같이 처리한다.

y_i=(X₀-X₁₈₀)/2

여기서 i=1 내지 n (n은 구체의 개수)

마찬가지로 y_n까지 계산 처리하여, JIS b O621의 정의에 따라서 진직도를 구할 수 있다.

또한, 직각도에 관해서는 상기 0도 측의 기준구와 180도 측의 기준구로 만들어진 기준선을 바탕으로, O도 측의 기준 구와 가장 이산된 구체의 중심 좌표점에서 만들어지는 각도를 구한다. 다음에 180도 반전하여 같은 측정과 계산 처리를 하여 양자의 합을 구함으로써 직각도를 알 수 있게 된다.

이와 같이 1번의 측정에 의해서 3차원 좌표 측정기의 눈금의 교정, 진직도, 직각도의 3항목의 평가를 동시에 하는 것이 가능해지고, 아주 간편하게 이들의 작업을 할 수 있게 된다.

상기 실시예에서는 원통 형상 지지체(1)의 구체 고정 부재(4)를 설치하고 있지 않은 면을 이용하여, 표준 링 게이지(5)를 3개 예시하고 있듯이 다수개 형성할 수 있다. 따라서 3차원 좌표 측정기에서는 각 표준 링 게이지(5)를 계측함으로써 얻은 이산된 데이터로부터 수학적 처리에 의해서 원의 직경을 구하고, 특정한 면 내의 2축 방향만의 교정을 하는 것이 가능해진다.

도 3a 내지 도 3c에는 본 발명에 의한 3차원 좌표 측정기용 게이지의 지지체(1)를 원추대 형상으로 형성하여, 원추대 형상의 게이지로 사용한 예를 도시하고 있다. 주요 구성은 상기 원통 형상 게이지와 같고, 마찬가지로 사용된다.

또, 도 3c에 도시하는 바와 같이 구체(3)는 반드시 구체 고정 부재(4)에 대하여 매립 깊이를 같게 할 필요는 없고 편차가 있더라도 측정에는 지장을 주지 않는다. 이 점은 상기 원통 형상 게이지에 관해서도 같다.

도 3d, 도 3e에는 또 다른 실시예를 도시하고 있고, 원추대 게이지(1O)의 저면(13)에 3개의 구체를 돌출하여 직립용 돌기(14)를 형성하여 원추대 게이지(10)를 직립하여 3차원 좌표 측정기의 측정 테이블 상에 고정할 수 있도록 하고 있다.

이러한 형태는 상기 원통 형상 게이지 등의 다른 게이지에서도 마찬가지로 구성할 수 있다.

상기 실시예에서는 구체의 열을 원통 형상 게이지의 모선에 대하여 비틀림이 없도록 배치한 예를 나타냈지만, 도 4a 내지 도 4c에 도시하는 형태에서는 구체 고정 부재(4)의 축선을 원통 형상 지지체(1)의 모선에 평행한 직선에 대하여 미리 정해진 각도만큼 경사하여 장착시킨 상태를 도시하고 있다. 이 예에서는 서로 대향하는 2개의 구체 고정 부재(4)를 원통 형상의 지지체(1)의 모선에 대하여 같은 방향으로 경사하여 설치한 예를 나타낸다. 이와 같이 구성함으로써 3차원 좌표 측정기의 공간 내에서의 성능을 용이하게 평가할 수 있게 된다. 또, 상기 실시예에서는 2개의 구체 고정 부재(4)의 양쪽을 기울인 예를 나타내었지만, 한 쪽만을 기울여도 되고, 또한 기울이는 방향도 각각 임의로 설정할 수 있다.

또한 도 3a 내지 도 3c에 도시하는 바와 같은 원추대 형상 게이지의 구체 고정 부재(4)를 원추대 게이지의 모선에 대하여 경사한 상태로 고정하여도 된다.

이러한 게이지에 의한 계측은 X-Y평면 내, X-Z평면 내, 또한 Y-Z평면 내에서 행할 수 있다. 종래의 3차원 좌표 계측기의 교정 작업에서 그 공간내의 성능 평가 시에 스텝 게이지를 경사한 대(臺)에 픽스시켜 행했던 것도 있지만, 여기서는 원통 형상 게이지를 평면 내에 안정적으로 위치시켜 구체 배열 그 자체를 지지체에 모든 각도로 경사시켜 장착시킨다. 혹은 지지체의 모선 방향에 직각으로 좌표 구체를 장착시킨다. 또한 좌표 공간의 평가로서 공간 내의 눈금 교정을 실시하기 위해서, 지지체의 모선 방향으로 높이를 임의의 위치로 바꿔 장착시킨다. 이것으로, 공간 좌표 내에서 경사하여 좌표 구체를 측정하여 평가하는 것을 가능하게 하고, 또한, 지지체의 임의의 위치에 좌표 구체를 픽스할 수 있으므로 Z축의 높이가 다른 위치에서의 눈금의 교정, 진직도, 직각도를 평가할 수 있다. 이 일련의 측정으로는 원통 형상 게이지의 좌표 구체 유닛의 중심 좌표를 판독할 수 있는 것으로부터, 구체 좌표의 장착 위치를 연구하면 최대한 구체 좌표의 2배의 눈금을 교정할 수 있는 것도 가능하다. 따라서, 넓은 범위의 성능을 한번에 계측하여 용이하게 또한 정확하게 눈금 교정을 할 수 있게 된다.

또, 도 4a, 도 4b에 도시하는 실시예에서는 도면 중의 상측 열의 구체(3)는 구체 유지 부재(4)에 거의 그 구체 전체가 돌출한 상태로 고정되어 있는 데 대하여, 하측 열의 구체(3)는 반 정도가 돌출한 상태로 고정되어 있는 예를 도시하고 있다. 이러한 구체의 고정 방법은 다른 게이지에서도 마찬가지로 적용할 수 있다.

또한, 도 5에는 이 원통 형상 게이지를 수평으로 지지할 때의 예를 도시하고 있고, 도시한 바와 같이 V자형 홈을 구비한 V블록(15)에 이 원통 형상 게이지를 놓는 것에 의해 용이하고 또한 확실하게 고정할 수 있다. 이와 같이 V블록(15)에 게이지를 지지한 상태로 지지한 게이지를 V블록 상에서 적절 각도만 지지체의 중심 축선을 중심으로 회전시키는 것에 의해, 게이지를 여러 가지의 자세로 유지할 수가 있고 각종의 형태에서의 3차원 좌표 측정기의 교정 작업을 용이하게 할 수 있다.

도 6a 내지 도 6c에 도시하는 형태에서는 상기 도3a 내지 도 3d에 도시하는 원추대 형상의 지지체(1)를 이용하고 있고, 이 지지체(1)의 원추대 표면에 서로 90도를 이루는 위치에 합계 3개의 다수의 구체를 구비한 구체 유지 부재(4)를 고정하고, 나머지의 90도 위치의 단면 근방에 1개의 구체(15)를 직접 지지체(1)에 고정하고 있다. 즉, 이 경우는 다수의 구체를 구비한 2개의 좌표 구체 유닛의 쌍과, 다수의 구체를 구비한 좌표 구체 유닛과 1개의 구체를 구비한 좌표 구체 유닛으로 이루어지는 쌍의 2세트의 좌표 구체 유닛 쌍이 설치된 예를 도시하고 있다.

또, 원추대 형상 지지체(1)에는 1개의 구체를 구비한 좌표 구체 유닛의 하측에 표준 링 게이지(5)가 3개 형성되어 있다.

본원의 청구항 1에 관한 발명은 직선 형상의 모선을 중심축선 주위에 회전시켜 얻어진 회전체의 외주면을 갖는 지지체의 외주 표면에 다수의 구체를 직선상에 배열한 좌표 구체 유닛을 고정하여 3차원 좌표 측정용 게이지를 구성한 것으로서, 종래의 평판 형상의 3차원 좌표 측정기용 게이지와 같이 3차원 좌표 측정기의 교정 작업 등을 할 때, 게이지를 다수 회 그 자세를 변경하여 측정 작업을 할 필요가 없고, 신속 또한 간편하게 그 작업을 할 수 있다. 또한, 이 게이지를 사용하여 각 구체의 중심간 거리, 다수의 구체 중심에서 형성되는 축선, 평면을 이용한 계측을 하면, 한 번의 측정에 의하여 3차원 좌표 측정기의 눈금의 교정, 진직도, 직각도의 3항목의 평가를 동시에 할 수 있다.

또한, 이 3차원 좌표 측정용 게이지는 회전체의 외주면을 갖는 지지체의 표면에 좌표 구체 유닛이 장착되므로, 이것을 예컨대 V자형의 홈을 갖는 블록 상에 옆을 향해 놓으면, 180도 이외의 임의의 각도로 회전하는 것이 가능하게 되어 각종 형태에서의 3차원 좌표 측정기의 교정 작업을 할 수 있다.

또한, 청구항 2에 관한 발명은 상기 청구항 1 기재의 3차원 좌표 측정기용 게이지에서, 직선 형상의 모선을 중심 축선 주위에 회전시켜 얻어진 회전체를 원통체로 하였으므로, 예컨대 V자형의 홈을 갖는 블록 상에 이 원통 형상 게이지를 옆을 향해 놓으면 안정적으로 고정할 수 있고, 또한, 원통 형상 게이지를 회전하여 계측할 때, 용이하게 회전할 수 있을 뿐 아니라, 회전축선의 흔들림이 적고, 측정 오차를 최소한으로 할 수 있다.

또한, 청구항 3에 관한 발명은 상기 청구항 1 기재의 3차원 좌표 측정기용 게이지에서, 직선 형상의 모선을 중심축선 주위에 회전시켜 얻은 회전체를 원추체 로 하였으므로, 예컨대 V자형의 홈을 갖는 블록 상에 이 원추대 게이지를 옆을 향하여 놓으면 안정적으로 고정할 수 있고, 더구나, 원추대 게이지를 회전하여 계측할 때, 용이하게 회전할 수 있을 뿐 아니라, X-Y평면에 픽스한 경우, X축의 변화와 같이 Y축도 변화하므로, Y축의 다수의 눈금 오차를 조사할 수 있다.

또한, 원추대 게이지의 모선에 따라 각 축을 픽스하면 원추 각의 크기에 따라서 평면 내의 대각선의 진직도를 구할 수 있다.

또한, 청구항 4에 관한 발명은 상기 청구항 1 기재의 3차원 좌표 측정기용 게이지에서, 좌표 구체 유닛의 다수의 좌표 구체는 지지체의 모선에 평행한 직선 상에 배열되어 있으므로, 회전체의 게이지를 180도 회전하여 좌표 구체를 계측하는 경우, 같은 위치에 반대측의 좌표 구체 유닛이 위치하기 위해서 계측 조작이 용이하게 되어 계측 정밀도도 향상시킬 수 있다.

또한, 청구항 5에 관한 발명은 상기 청구항 1 기재의 3차원 좌표 측정기용 게이지에서, 좌표 구체 유닛의 다수의 좌표 구체는 지지체의 모선에 평행한 직선에 대하여 미리 정해진 각도만큼 경사하여 장착되고 있으므로, 회전체의 게이지를 180도 회전하여 좌표 구체를 계측하는 경우, X축의 변화와 함께 Y축도 변화하므로 Y축의 다수의 눈금 오차를 조사할 수 있다.

또한, 청구항 6에 관한 발명은 상기 청구항 1 기재의 3차원 좌표 측정기용 게이지에서, 좌표 구체 유닛이 지지체의 외주면에 설치된 좌표 구체 유닛 장착부에 탈착 가능하게 장착되어 있으므로, 지지체와 좌표 구체 유닛을 분리하여 반송, 관리할 수 있으므로, 취급이 용이한 게이지로 할 수 있음과 동시에 게이지의 장기간의 사용에 의한 마모, 파손이 발생했을 때에는 일부 부품의 교환만으로도 보수할 수 있다.

또한, 청구항 7에 관한 발명은 청구항 6 기재의 3차원 좌표 측정기용 게이지에서, 좌표 구체 유닛 장착부를 좌표 구체 고정 부재를 삽입할 수 있는 홈 형상으로 구성하였으므로, 구체 고정 부재를 지지체에 대하여 정확하게 또한 용이하게 고정할 수 있고 또한 구체 고정 부재를 탈착 가능하게 지지체에 고정할 수 있다.

또한, 청구항 8에 관한 발명은 청구항 6 기재의 3차원 좌표 측정기용 게이지에서, 구체 고정 부재에 영구 자석를 설치하고, 자성재로 이루어지는 지지체에 흡착 고정하였으므로, 지지체와 구체를 분리 가능하게 하여 수송이나 관리, 취급을 용이하게 할 수 있다.

또한, 청구항 9에 관한 발명은 청구항 1 기재의 3차원 좌표 측정기용 게이지에서, 지지체에 표준 게이지부를 형성하였으므로 구체의 계측에 부가하여 이 표준 게이지를 계측하는 것에 의해 얻어진, 이산된 데이터로부터 수학적 처리에 의하여 원 직경을 구함으로써 특정한 면내 2축의 교정을 용이하게 하는 것이 가능하게 된다.

또한, 청구항 10에 관한 발명은 청구항 1 기재의 3차원 좌표 측정기용 게이지에서, 지지체의 단면에 직립용 돌기를 설치하였으므로, 이 게이지를 측정 테이블 상에 확실하게 입설할 수 있다.

Claims

직선 형상의 모선(generator)을 중심축선 주위에 회전시켜 얻은 회전체의 외주면을 갖는 지지체(holder) 및

상기 지지체의 외주면에 장착되고, 상기 지지체의 중심축선에 대하여 대칭 위치로 배치된 2개의 좌표 구체 유닛으로 이루어지는 적어도 1세트의 좌표 구체 유닛 쌍을 포함하고,

상기 좌표 구체 유닛의 적어도 1개는 직선 상에 배열된 다수의 좌표 구체를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 3차원 좌표 측정기용 게이지.
제1항에 있어서, 상기 직선 형상의 모선을 중심축선 주위에 회전시켜 얻어지는 회전체가 원통체인 것을 특징으로 하는 3차원 좌표 측정기용 게이지.
제1항에 있어서, 상기 직선 형상의 모선을 중심축선 주위에 회전시켜 얻어지는 회전체가 원추체인 것을 특징으로 하는 3차원 좌표 측정기용 게이지.
제1항에 있어서, 상기 좌표 구체 유닛의 다수의 좌표 구체는 상기 지지체의 모선에 평행한 직선 상에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 좌표 측정기용 게이지.
제1항에 있어서, 상기 좌표 구체 유닛의 다수의 좌표 구체는 상기 지지체의 모선에 평행한 직선과 교차하는 직선 상에 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 좌표 측정기용 게이지.
제1항에 있어서, 상기 좌표 구체 유닛은 좌표 구체 고정 부재를 통해, 상기 지지체의 표면에 설치된 좌표 구체 유닛 장착부에 탈착 가능하게 장착되어 있는 것을 특징으로 3차원 좌표 측정기용 게이지.
제6항에 있어서, 상기 좌표 구체 유닛 장착부는 상기 좌표 구체 고정 부재를 삽입할 수 있는 홈 형상으로 구성되어 있는 것을 특징으로 3차원 좌표 측정기용 게이지.
제6항에 있어서, 상기 지지체를 자성 재료로 구성하는 동시에, 상기 좌표 구체 고정 부재에 영구 자석을 장착하고, 이 좌표 구체 고정 부재를 상기 지지체에 탈착 가능하게 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 3차원 좌표 측정기용 게이지.
제1항에 있어서, 상기 지지체에 표준 게이지부를 형성한 것을 특징으로 하는 3차원 좌표 측정기용 게이지.
제1항에 있어서, 상기 지지체의 저면에 직립용 돌기를 설치한 것을 특징으로 하는 3차원 좌표 측정기용 게이지.
제1항에 있어서, 원통형의 외주면을 갖는 지지체 및

상기 지지체의 외주면에 장착되고, 상기 지지체의 중심축선에 대하여 대칭 위치로 배치된 2개의 좌표 구체 유닛으로 이루어지는 좌표 구체 유닛 쌍을 포함하며,

상기 좌표 구체 유닛은 각각 상기 지지체의 모선에 대하여 평행한 직선 상에 배열된 다수의 좌표 구체를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 3차원 좌표 측정기용 게이지.
제1항에 있어서, 원통형의 외주면을 갖는 지지체 및

상기 지지체의 외주면에 장착되고, 상기 지지체의 중심축선에 대하여 대칭 위치로 배치된 2개의 좌표 구체 유닛으로 이루어지는 좌표 구체 유닛 쌍을 포함하며,

상기 좌표 구체 유닛은 각각 상기 지지체의 모선에 대하여 미리 정해진 각도만큼 경사하고 있는 직선 상에 배열된 다수의 좌표 구체를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 3차원 좌표 측정기용 게이지.
제1항에 있어서, 원추형의 외주면을 갖는 지지체 및

상기 지지체의 외주면에 장착되고, 상기 지지체의 중심축선에 대하여 대칭 위치로 배치된 2개의 좌표 구체 유닛으로 이루어지는 좌표 구체 유닛 쌍을 포함하며,

상기 좌표 구체 유닛은 각각 상기 지지체의 모선에 대하여 평행한 직선 상에 배열된 다수의 좌표 구체를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 3차원 좌표 측정기용 게이지.