WO2003095935A1

WO2003095935A1 - Jauge pour dispositif de mesure de coordonnees tridimensionnelles

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Publication number: WO2003095935A1
Application number: PCT/JP2003/005649
Authority: WO
Inventors: Jiro Matsuda
Original assignee: National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology
Priority date: 2002-05-09
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2003-11-20
Also published as: US20050066534A1; CN1277099C; AU2003231421A1; CN1556913A; KR20040032894A; KR100616483B1; JP3837503B2; JP2003329402A

Description

明細書

3次元座標測定機用ゲージ技術分野

本発明は、 3次元座標測定機の性能評価に用いるためのゲージに関し、特に円筒状または円錐状表面を備えた保持体に複数の球体を固定したゲージを用い、迅速且つ簡便に 3次元座標測定機の校正、真直度及び直角度を同時に求めることができるようにした 3次元座標測定機用ゲージに関する。背景技術

3次元座標測定機 (coordinate measuring machine： C M Mともし、う。）は、 3次元空間に存在する離散した X、 Y、 Ζの座標点を用いて計算機の支援により寸法及び形状を測定するための計測機であり、より具体的には、定盤上に載置した被測定物と、測定機の Ζ軸先端に取り付けられたプローブとを、 X、 Υ、 Ζの 3次元方向へ相対移動させ、プローブが被測定物に接触した瞬間をとらえ、この瞬間の電気的トリガによつて各送リ軸方向の座標値を読みとり、この座標値に基づいて計算機によって寸法及び形状の計測を行うものである。このような 3次元座標測定機は、自動車用のエンジンや変速機のケースのような機械部品類の寸法測定に用いられ、測定テーブル上にセッティングした被測定物に対して上記のようなプローブの先端を接触させて測定を行っている。

上記のような 3次元座標測定機は、一般的に、プローブが互いに直交する 3つの方向に移動可能な構造になっており、例えば、特開平 2— 3 0 6 1 0 1号公報に記載されているものでは、被測定物がセッティングされる測定テ一ブルの両側で水平方向のレールに案内されて直線移動する門柱状の第 1の移動体を有しており、前記第 1の移動体には、その移動方向と直角な水平方向に移動可能な第 2の移動体が搭載されている。この第 2の移動体には、上下方向に移動可能なスピンドル部が設けられていて、このスピンドル部の先端には球を固定したプローブが取り付けられ、測定テーブル上にセッティングされた被測定物の上面にプローブ先端の球を接触させながらこれを 3次元方向に移動させて被測定物各部の寸法を測定している。

このような 3次元座標測定機においては、プローブ先端の球が摩耗すると正確な寸法の検出ができなくなる。また、 3次元座標測定機に生じる測定誤差には、プローブ先端の移動を案内するガイドレール等の案内部材の湾曲や歪みによって生じるプローブ先端の蛇行による誤差や、互いに直角な方向にプローブの移動を案内する 2つの案内部材間の直角に対する角度誤差等も含まれている。

3次元座標測定機は特に高精度が要求され、高品質の生産形態を構築する上で重要な要素となる。 3次元座標測定機による高精度の測定を保証する意味から、 3次元座標測定機自身の精度検査を逐次行い、その後この 3次元座標測定機を用いて測定する際には、精度検査の結果を補正値として用いて測定値を校正し、或いは調整手段により 3次元座標測定機の微調整を行っている。この 3次元座標測定機の精度検査に際しては、基準となるゲージが必要であり、そのゲージとしては、 3次元座標測定機のプローブを 3次元的に移動させることにより、その検出値を評価できるようにしなければならない。

3次元座標測定機の各軸の誤差をどのように調べるかということは多くの研究者にとって重大な課題であった。そこで、 3次元座標測定機の誤差を求める目的に叶ったゲージが考案されているが、いずれも基本的には座標球体の測定によって行っていることは周知の事実である。そして、座標球体をどのような形態で配置して測定評価ゲージとするかが次の問題となリ、座標球体を同一平面内にどのように配置するのか、或いは立体的に配置するのか等、種々の検討が行われている。

このような 3次元座標測定機の測定評価用のゲージとして、本発明者等は特開 2 0 0 1—3 3 0 4 2 8号公報に示されるような 3次元座標測定機の測定誤差評価方法及び 3次元座標測定機用ゲージを提案している。ここで用いられるゲージは、図 7 A〜図 7 Dに示すようなものであり、この 3次元座標測定機用ゲージ 3 1は、平面視において等脚台形状の輪郭を有し、均一な厚さを有するブロック状の保持体 3 2と、この保持体 3 2の両側の傾斜した面に 5個づっ等間隔に配列されている複数の球体 3 3から構成されている。保持体 3 2の各面は高精度の平面に仕上げられ、その厚み方向に貫通する 4つの透孔 3 4が開けられている。

上記のような 3次元座標測定機用ゲージ 3 1を用いて、 3次元測定機の校正評価を行うに際しては、先ず 1つの座標球体 S 1の赤道上の 4点と極の 1 点の合計 5点にプローブを接触させて、これらの位置から幾何学的に球体の中心位置を算定する。同様に、同列上の他端の球体 S 5と、反対側の列上における同様の 2個の球体 S 6 , S 1 0の 4箇所の中心位置を測定し、これらの球体の中心が含まれる仮想基準平面 Pを決定する。次いで、対向する列における互いに反対側端部の球体 S 1 , S 1 0のそれぞれの中心を通る直線を A軸（図 8参照）とし、この A軸上の中間点、すなわち、 A軸と基準軸 Nとの交点 Oを原点として、 3次元座標測定機用ゲージ 3 1上に付随した座標系、すなわち、ゲージ座標系を設定する。このゲージ座標系は、仮想基準平面内で基準軸の方向を X軸、前記 A軸の方向を Y軸とした直角座標系で、 3次元座標測定機の機械軸方向に設定されている機械座標系と一対一に対応しているので、各球体中心の座標値を全てゲージ座標系で取リ极うことができる

3次元座標測定機用ゲージ 3 1のセッティング位置における座標設定後、全ての球体の中心位置を順次測定し、次に、上記球体の中心位置を逆方向に戻りながら測定する。球体の中心位置の測定は、各球体毎に 2回ずつ行う。次に、 3次元座標測定機用ゲージ 3 1を基準軸 N回りに 1 8 0度反転して取付治具上にセッティングし直し、前述した手順と同様な手順で仮想基準平面と A軸を決定し、 3次元座標測定機用ゲージ 3 1上に新たにゲージ座標系を設定し直す。

次いで、前記と同様に、全ての球体を順に、各球体毎に 2回ずつ中心位置の測定を行った後、全ての球体を逆方向に順に戻りながら、同様に各球体毎に 2回ずつ測定を行う。

3次元座標測定機の測定誤差の評価としては、先ず、全ての球体の測定で得られた球径の測定結果と、これらの球体の球径の真値から、球体の安定測定に関する誤差評価を行う。次に、球体間の X軸（基準軸 N ) 方向の中心間距離と、 Y軸（A軸）方向の中心間距離とを 3次元座標測定機用ゲージ 3 1 を表側にして測った測定値から算出し、これらの球体間距離の規定されている真値と比較して誤差評価を行う。次いで、 3次元座標測定機用ゲージ 3 1 を 1 8 0度反転して測った測定値から球体間の A軸方向の中心間距離 Δ Χ ' k-1 と、基準軸 N方向の中心間距離△ Y ' k-1 とを 3次元座標測定機用ゲージ 3 1を表側にして測った測定値から算出し、これらの球体間距離の真値と比較して誤差評価を行う。ここでは、 3次元座標測定機用ゲージ 3 1を表側にセッティングした場合と、基準軸 N回りに 1 8 0度反転させてセッティングした場合との両方の値を平均して誤差評価することで、評価値の精度を高める。

次に、 3次元座標測定機の機械軸の真直度の評価を行う。先ず、 X方向の機械軸の真直度を調べるために、 3次元座標測定機用ゲージ 3 1を表側にセッティングしたとき、球体 S 1 〜S 5の 5個の各球体についての座標値 Y i と、反転してセッティングしたときの同じ球体の座標値 Y ' iから、 S i = ( Y i一 Y ' i) Z 2を求める。互いに直角な二方向の真直度はその二方向にそれぞれ垂直な二組の幾何学的平行平面で直線形態を挟んだとき、二組の平行平面の各々の間隔が最小となる場合の二平面の間隔、すなわち、二組の平行平面で区切られた直方体の二辺の長さで表わす。また、球体 S 6〜S 1 0の 5個についても同様な演算を行って両者を平均して真直度の評価を行う。次に、 3次元座標測定機の 2つの機械軸間の直角度の評価を行う。図 9に示すように、まず、 X方向と Y方向の直角度の評価を行うために、 3次元座標測定機用ゲージ 3 1の表側における、 5個の球体の中心の座標値から最小二乗法によって得られた、これらの中心の回帰直線 Rと座標軸 Xとのなす角度 0を求める。次に、 3次元座標測定機用ゲージ 3 1を反転したときのこれら 5個の球体の中心の座標値から、最小二乗法によって同様に得られた回帰直線 R ' と座標軸 Xとのなす角度 0 ' を求め、（0— 0 ' ) 2によって 3 次元座標測定機の直角度の評価を行う。また、他の側の 5個の球体 S 6から S 1 0についても同様な手順で直角度の評価を行い、両方の結果を平均することで 3次元座標測定機の X、 Y両軸間の直角度を評価する。

上記の操作は 3次元座標測定機用ゲージ 3 1を例えば図 7 Aに示すような姿勢で 3次元座標測定機にセットして行うものであるが、その他、図 7 Bに示すように 3次元座標測定機用ゲージ 3 1を X Y平面内で 9 0度回転した向きにセッティングして Y方向の機械軸の真直度の評価を行う。また、図 7 C に示すようにこの 3次元座標測定機用ゲージ 3 1を立ててセッティングすることで、 Z方向の機械軸の X方向の湾曲に対する真直度と、 Z方向と X方向の 2つの機械軸間の直角度を評価し、図 7 Dに示すように 3次元座標測定機用ゲージ 3 1を X Y平面内で 9 0度回転した向きにセッティングして、 Z方向の機械軸の Y方向の湾曲に対する真直度と、 Y方向と Z方向の 2つの機械軸間の直角度を評価する。

本発明者等が提案した上記のような 3次元座標測定機用ゲージとそれを用いた測定方法によって、それ迄目盛りの校正作業と幾何偏差（形状偏差、姿勢偏差）を独立して行っていた 3次元座標測定機の各機械軸の誤差評価を同時的にかつ高精度に行うことができるようになったものであるが、高精度の校正■評価作業を行うには上記のように、この 3次元座標測定機用ゲージを例えば図 7 Aに示すような姿勢で前記各種の測定を行い、次に図 7 Bに示すようにこのゲージを X Y平面内で 9 0度回転した向きにセッティングして真直度の評価を行い、更に図 7 Cに示すように、この 3次元座標測定機用ゲージを立ててセッティングして Z方向の機械軸の X方向の湾曲に対する真直度と、 Z方向と X方向の 2つの機械軸間の直角度を評価し、また、図 7 Dに示すようにこれを X Y平面内で 9 0度回転した向きにセッティングすることで、 Z方向の機械軸の Y方向の湾曲に対する真直度と、 Y方向と Z方向の 2つの機械軸間の直角度を評価することとなる。このように先に提案したゲージにおいては、その使用に際して多くの作業を行う必要があるため面倒であり、多くの時間と労力を要するため、より効率的な作業を行うことができる 3 次元座標測定機用ゲージが望まれている。

したがって本発明は、 3次元座標測定機の校正 "評価を行うに際し、迅速且つ簡便にその作業を行うことができる 3次元座標測定機用ゲージを提供することを主たる目的とする。発明の開示

本発明のうち、請求項 1に係る発明は、 3次元座標測定機用ゲージであつて、直線状の母線を中心軸線回リに回転させて得られた回転体の外周面を有する保持体および、前記保持体の外周面に取り付けられ、前記保持体の中心軸線に対して対称位置に配置された 2個の座標球体ュニッ卜よりなる少なくとも 1組の座標球体ュニット対を含み、前記座標球体ュニッ卜の少なくとも 1つは直線上に配列された複数の座標球体を備えていることを特徴とする。

ここで、他の座標球体ュニットは最低限 1個の座標球体を備えたものである。即ち、この座標球体ユニットの座標球体は 1個でもよく、また、複数の座標球体を備えたものでもよいが、その場合は複数の球体は直線上に配置したものでなければならない。

さらに、座標球体ュニッ卜の個々の球体は直接保持体の外周面に設けられた座標球体ュニット取付部に取り付けてもよいが、請求項 6に記載の如く、座標球体固定部材を介して座標球体ュニット取付部に取リ付けてもよい。また、請求項 2に係る発明は、請求項 1記載の 3次元座標測定機用ゲージにおいて、前記直線状の母線を中心軸線回りに回転させて得られる回転体が円筒体であることを特徴とする。

また、請求項 3に係る発明は、請求項 1記載の 3次元座標測定機用ゲージにおいて、前記直線状の母線を中心軸線回リに回転させて得られる回転体が円錐体であることを特徴とする。当然この円錐体には円錐台も含まれるものとする。

また、請求項 4に係る発明は、請求項 1記載の 3次元座標測定機用ゲージにおいて、前記座標球体ユニットの複数の座標球体は、前記保持体の母線に平行な直線上に配列されていることを特徴とする。

また、請求項 5に係る発明は、請求項 1記載の 3次元座標測定機用ゲージにおいて、前記座標球体ュニッ卜の複数の座標球体は、前記保持体の母線に平行な直線と交差する直線上に配列されていることを特徴とする。

即ち、複数の座標球体は前記保持体の母線に平行な直線に対して予め定められた角度だけ傾斜している直線上に配列されている場合の他、前記保持体の母線に平行な直線と直交している直線上に配列されている場合も含まれるまた、請求項 6に係る発明は、請求項 1記載の 3次元座標測定機用ゲージにおいて、前記座標球体ユニットは座標球体固定部材を介して、前記保持体の表面に設けられた座標球体ュニット取付部に着脱自在に取り付けられていることを特徴とする。

また、請求項 7の発明は、請求項 6記載の 3次元座標測定機用ゲージにおいて、前記座標球体ュニット取付部は前記座標球体固定部材を揷入できる溝状に構成されていることを特徴とする。

また、請求項 8の発明は、請求項 6記載の 3次元座標測定機用ゲージにおいて、前記保持体を磁性材料から構成すると共に、前記座標球体固定部材に永久磁石を取リ付け、該座標球体固定部材を前記保持体に着脱自在に取 y付けられていることを特徴とする。

また、請求項 9の発明は、請求項 1記載の 3次元座標測定機用ゲージにおいて、前記保持体に標準ゲージ部を形成したことを特徴とする。この標準ゲ —ジは標準リングゲージが好ましく用いられる。

また、請求項 1 0の発明は、請求項 1記載の 3次元座標測定機用ゲージにおいて、前記保持体の端面に立設用突起を設けたことを特徴とする。この立設用突起は保持体の端面に 3個設けることが好ましい。図面の簡単な説明

図 1 A〜図 1 Cは本発明の実施例を示し、図 1 Aは図 1 Cの A— A視平面図である。

図 1 Bは図 1 Aの B— B線による縦断面図である。

図 1 Cは図 1 Aの C一 C線による縦断面図である。

図 2 A〜図 2 Dは本発明の実施例に用いる球体保持部材の態様を示す図であり、図 2 Aは第 1の態様を示す説明図である。

図 2 Bは図 2 Aの側面図である。

図 2 Cは球体保持部材に永久磁石を設けた別の態様を示す説明図である。図 2 Dは図 2 Cの側面図である。

図 3 A〜図 3 Eは本発明の他の実施例を示す図であり、図 3 Aは図 3 Cの A— A視平面図である。

図 3 Bは図 3 Aの B— B線による縦断面図である。

図 3 Cは図 3 Aの C一 C線による縦断面図である。

図 3 Dは球体固定部材の端面部分の他の例を示す図であり、図 3 Eの D— D視の一部側面図である。

図 3 Eは図 3 Dの E— E視の底面図である。

図 4 A〜図 4 Cは、本発明の更に他の実施例を示す図であり、図 4 Aは図 4 Bの A— A視平面図である。

図 4 Bは図 4 Aの B— B視側面図である。

図 4 Cは図 4 Aの C一 C視側面図である。

図 5は本発明のゲージを測定する際に V字型溝を備えた Vブロック上に載置した状態を示す説明図である。

図 6 A〜図 6 Cは更に他の実施例を示す図であり、図 6 Aは図 6 Bの A— A視平面図である。

図 6 Bは図 6 Aの B— B視側面図である。

図 6 Cは図 6 Aの C一 C視側面図である。図 7 A〜図 7 Dは、従来例のゲージを 3次元座標測定機の測定テーブルに固定して作業を行う状態を示す説明図である。

図 8は従来例のゲージを 3次元座標測定機にセッテングした状態を示す説明図である。

図 9は従来例のゲージを用いて機械軸間の直角度を算出する方法を説明する図である。発明を実施するための最良の形態

本発明の実施例を図面に沿って説明する。図 1 A〜図 1 Cには本発明の一実施例を示しており、金属製の円筒状保持体 1の外周面に、この円筒状保持体 1の中心軸線に平行に、即ち円筒状保持体 1の母線に平行に、且つ互いに 1 8 0度離れて対向する位置に座標球体取付部が設けられている。この実施例では座標球体ユニットは 6個の座標球体（以下球体と略称する）を備えたものが例示されている。この座標球体ュニットは略直方体状の座標球体固定部材（以下球体固定部材と略称する） 4に取り付けられている。そして、この球体固定部材 4は座標球体取付部である嵌合溝 2に接着或いはねじ等の手段で固定されている。

更に、この円筒状保持体 1の外周面にはこの実施例では 3個の各々大きさの異なる標準リングゲージ 5が形成されている。

この座標球体ュニッ卜の球体を球体固定部材 4に固定するには種々の態様で固定することができる。

図 1 A、図 1 C或いは図 1 Cの一部拡大図の D 1では図に示すように、球体固定部材 4に対して直接球体 3を固定しても良く、また図 1 Cの一部拡大図の D 2あるいは図 2 A、図 2 Bに示すように、球体固定部材 4に対して球体保持具 6を介して固定しても良い。

更に、球体 3を直接保持体 1に固定し、或いは図 1 Cの拡大図 D 2に示すような球体 3を固定した球体保持具 6を直接保持体 1に固定してもよい。また、前記図 1 Cのように球体固定部材 4に直接球体 3を固定する際には、球体固定部材 4に対して、これに固定する球体 3の曲面と同一曲面を有する球状嵌合孔溝 7を形成し、この球状嵌合溝 7に球体 3を嵌合して接着等の手段で固定することができる。

それ以外に、球体固定部材 4の表面には上記のような球状嵌合溝 7を設けず、球体 3を任意の平面で切断し、これを球体固定部材 4の表面に対して固定するようにしても良い。なお、その際に用いられる一部が平面で切断された球体も、本発明においては完全な球体と同一の作用をなすので、本発明では「球体」と称する。

上記のように球体 3を固定した球体固定部材 4は、実施例の図 2 A、図 2 Bに示すように形成し、これを円筒状保持体 1の嵌合溝 2に嵌合し、接着等の固定手段で固定することができるが、その他、例えば図 2 C、図 2 Dに示すように、球体固定部材 4の底面 8に永久磁石 9を取り付け、このような球体固定部材 4を前記と同様の円筒状保持体 1の嵌合溝 2に嵌合させながら、球体固定部材 4の永久磁石 9により鉄等の磁性材料からなる円筒状保持体 1 に対して吸着させることにより固定するようにしても良い。このように、円筒状保持体 1に対して嵌合溝 2を設けることにより球体固定部材を正確な位置にしかも確実に固定することができる。

このように構成することによリ、円筒状保持体 1と、球体 3を固定した球体固定部材 4とをばらした状態で運搬することができ、取り扱いやすいゲージとすることができる。また、このように球体 3を固定した球体固定部材 4 を着脱自在に構成することにより、長期間の使用により球体が摩耗■変形したとき、或いは不適切な取り扱いにより球体が変形、或いは損傷したときに新しい球体固定部材を入手して取り付けることにより、安価に、且つ容易に補修することができる。

このように構成された円筒状ゲージ 1 0を用いて 3次元座標測定機の性能評価の作業を行う際には、 3次元座標測定機の座標系に沿って X— Y平面内、 X— Z平面内、更には Y— Z平面内のいずれかに円筒状ゲージ 1 0を定置する。 X— Y平面内では図 5に示すような Vブロックを用意し、その V溝にこの円筒状ゲージ 1 0を横にして載置すれば安定よく定置させることができる。

上記のような円筒状ゲージの定置に際して、例えば Y方向に球体が配置され、 X方向は円筒の直径方向とした状態で、 3次元座標測定機により図中 6 個並んでいる片側の列の球体 3について全て、その中心位置を求めるための測定を行う。この測定は前記従来の技術にも詳細に記載されているように周知の方法により容易に求めることができる。

このようにして求めた球体の列を 0度側とする。次に、この円筒状ゲージを 1 8 0度回転させて他の列の球体について同様の測定を行う。この一連の測定データから、球体の中心間距離を求め、国家標準器で校正されている球体間の距離と比較し、その結果から 3次元座標測定機の目盛の校正を行うことができる。

次に、同一球体の前記 0度における X。座標値データと、これを 1 8 0度反転したときの X， ₈。座標値データを以下のように処理する。

y i = ( X o - X / 2

ここで i = 1 ~ _n ( nは球体の個数）

同様に y _πまで計算処理し、 J I S B 0 6 2 1の定義に従って真直度を求めることができる。

また、直角度については、前記 0度側の基準球と 1 8 0度側の基準球で作られた基準線をもとに、 0度側の基準球の最も離れた球体の中心座標点で作られる角度を求める。次に 1 8 0度反転して同様な測定と計算処理を行い、両者の和を求めることによリ直角度を知ることができる。

このように一度の測定によって 3次元座標測定機の目盛の校正、真直度、直角度の 3項目の評価を同時に行うことが可能となり、極めて簡便にこれらの作業を行うことができるようになる。

前記実施例においては、円筒状保持体 1の球体固定部材 4を設けていない面を利用し、標準リングゲージ 5を 3個例示しているように複数個形成することができる。したがって 3次元座標測定機では各標準リングゲージ 5を計測することにより、得られた離散したデータから数学的処理によって円の直径を求め、特定の面内の二軸方向のみの校正を行うことが可能となる。図 3 A〜図 3 Cには本発明による 3次元座標測定機用ゲージの保持体 1を円錐台形に形成し、円錐台状のゲージとした例を示している。主要構成は前記円筒状ゲージと同様であって、同様に使用される。

なお、図 3 Cに示すように球体 3は必ずしも球体固定部材 4に対して埋め込み深さを等しくする必要はなくばらつきがあっても測定には支障を来さない。この点は前記円筒状ゲージについても同様である。

図 3 D、図 3 Eには更に他の実施例を示しており、円錐台ゲージ 1 0の底面 1 3に 3個の球体を突出して立設用突起 1 4を形成し、円錐台ゲージ 1 0 を直立して 3次元座標測定機の測定テーブル上に固定できるようにしているこのような態様は、前記円筒状ゲージ等の他のゲージにおいても同様に構成することができる。

上記実施例においては、球体の列を円筒状ゲージの母線に対して捻れの無いように配置した例を示したが、図 4 A〜図 4 Cに示す態様においては、球体固定部材 4の軸線を円筒状保持体 1の母線に平行な直線に対して予め定められた角度だけ傾斜して取り付けた状態を示している。この例においては互いに対向する 2個の球体固定部材 4を円筒状の保持体 1の母線に対して同じ方向に傾斜して設けた例を示している。このように構成することにより、 3 次元座標測定機の空間内での性能を容易に評価することができるようになる。なお、上記実施例においては 2つの球体固定部材 4の両方を傾けた例を示したが、片側のみを傾けてもよく、また傾ける方向も各々任意に設定することができる。

更に図 3 A〜図 3 Cに示すような円錐台状ゲージの球体固定部材 4を円錐台ゲージの母線に対して傾斜した状態で固定してもよい。

このようなゲージによる計測は X— Y平面内、 X— Z平面内、更に Y— Z 平面内で行うことができる。従来の 3次元座標計測機の校正作業において、その空間内の性能評価に際しステップゲージを傾斜した台に定置させて行つていたものもあるが、ここでは円筒状ゲージを平面内で安定に位置させ、球体配列それ自身を保持体にあらゆる角度で傾斜させて取り付ける。あるいは保持体の母線方向に直角に座標球体を取り付ける。更に座標空間の評価として空間内の目盛り校正を実施するために、保持体の母線方向に高さを任意の位置に変えて取り付ける。このことで、空間座標内で傾斜して座標球体を測定して評価することを可能にし、また、保持体の任意の位置に座標球体を定置できるので Z軸の高さが異なる位置での目盛りの校正、真直度、直角度が評価できる。この一連の測定では円筒状ゲージの座標球体ュニッ卜の中心座標を読みとることができることから、球体座標の取リ付け位置を工夫すれば最大で球体座標の 2倍の目盛りが校正できることも可能である。従って、広い範囲の性能を一度に計測し、容易に且つ正確に目盛校正を行うことができるようになる。

なお、図 4 A、図 4 Bに示す実施例においては、図中上側の列の球体 3は球体保持部材 4にほぼその球体全体が突出した状態で固定されているのに対して、下側の列の球体 3は半分程度が突出した状態で固定されている例を示している。このような球体の固定手法は他のゲージにおいても同様に適用することができる。

また、図 5にはこの円筒状ゲージを水平に支持する際の例を示しており、図示するように V字型溝を備えた Vブロック 1 5にこの円筒状ゲージを載置することにより、容易に、且つ確実に固定することができる。このように V ブロック 1 5にゲージを支持した状態で、支持したゲージを Vブロック上で適宜の角度だけ保持体の中心軸線を中心に回転させることにより、ゲージを種々の姿勢に保持することができ、各種の態様における 3次元座標測定機の校正作業を容易に行うことができる。

図 6 A〜図 6 Cに示す態様においては、前記図 3 A〜図 3 Dに示す円錐台状の保持体 1を用いており、この保持体 1の円錐台表面に互いに 9 0度をなす位置に合計 3個の複数の球体を備えた球体保持部材 4を固定し、残りの 9 0度の位置の端面近傍に 1個の球体 1 5を直接保持体 1に固定している。即ち、この場合は、複数の球体を備えた 2個の座標球体ユニットの対と複数の球体を備えた座標球体ュニッ卜と 1個の球体を備えた座標球体ュニットょリなる対の 2組の座標球体ュニット対が設けられている例を示している。なお、円錐台状保持体 1には 1個の球体を備えた座標球体ュニッ卜の下側に標準リングゲージ 5が 3個形成されている。産業上の利用可能性

本願の請求項 1に係る発明は、直線状の母線を中心軸線回りに回転させて得られた回転体の外周面を有する保持体の外周表面に複数の球体を直線上に配列した座標球体ュニットを固定して 3次元座標測定用ゲージを構成したので、従来の平板状の 3次元座標測定機用ゲージのように、 3次元座標測定機の校正作業等を行う際に、ゲージを多数回その姿勢を変更して測定作業を行う必要が無く、迅速且つ簡便にその作業を行うことができる。また、このゲージを使用して各球体の中心間距離、複数の球体中心で形成される軸線、平面を利用した計測を行えば、一度の測定によって 3次元座標測定機の目盛の校正、真直度、直角度の 3項目の評価を同時に行うことができる。

さらに、この 3次元座標測定用ゲージは回転体の外周面を有する保持体の表面に座標球体ュニッ卜が取り付けられているので、これを例えば V字型の溝を有するブロック上に横向きにして載置すれば、 1 8 0度以外の任意の角度で回転することが可能になリ、各種の態様における 3次元座標測定機の校正作業を行うことができる。

また、請求項 2に係る発明は、上記請求項 1記載の 3次元座標測定機用ゲージにおいて、直線状の母線を中心軸線回りに回転させて得られた回転体を円筒体としたので、例えば V字型の溝を持つプロック上にこの円筒状ゲージを横向きにして載置すれば安定よく固定でき、しかも、円筒状ゲージを回転して計測する際、容易に回転できるばかりでなく、回転軸線のブレが少なく、測定誤差を最小限にすることができる。また、請求項 3に係る発明は、上記請求項 1記載の 3次元座標測定機用ゲージにおいて、直線状の母線を中心軸線回りに回転させて得られた回転体を円錐体としたので、例えば V字型の溝を持つブロック上にこの円錘台ゲージを横向きに載置すれば安定よく固定でき、しかも、円錘台ゲージを回転して計測する際、容易に回転できるばかりでなく、 X— Y平面に定置した場合、 X軸の変化と共に Y軸も変化するので、 Y軸の複数の目盛り誤差を調べることができる。

また、円錐台ゲージの母線に沿って各軸を定置すれば円錐角の大きさに従い平面内の対角線の真直度を求めることができる。

また、請求項 4に係る発明は、上記請求項 1記載の 3次元座標測定機用ゲージにおいて、座標球体ユニットの複数の座標球体は、保持体の母線に平行な直線上に配列されているので、回転体のゲージを 1 8 0度回転して座標球体を計測する場合、同じ位置に反対側の座標球体ュニッ卜が位置するため計測操作が容易になリ、計測精度も向上させることができる。

また、請求項 5に係る発明は、上記請求項 1記載の 3次元座標測定機用ゲージにおいて、座標球体ユニットの複数の座標球体は、保持体の母線に平行な直線に対して予め定められた角度だけ傾斜して取り付けられているので、回転体のゲージを 1 8 0度回転して座標球体を計測する場合、 X軸の変化と共に Y軸も変化するので、 Y軸の複数の目盛り誤差を調べることができる。また、請求項 6に係る発明は、上記請求項 1記載の 3次元座標測定機用ゲージにおいて、座標球体ュニッ卜が保持体の外周面に設けられた座標球体ュニット取付部に着脱自在に取り付けられているので、保持体と座標球体ュニットとを分離して搬送、管理することができ、取り扱いの容易なゲージとすることができるとともに、ゲージの長期間の使用により摩耗、破損が生じたときには、一部の部品の交換のみで補修することができる。

また、請求項 7に係る発明は、請求項 6記載の 3次元座標測定機用ゲージにおいて、座標球体ュニット取付部を座標球体固定部材を揷入できる溝状に構成したので、球体固定部材を保持体に対して正確に、且つ容易に固定することができ、また球体固定部材を着脱自在に保持体に固定できる。

また、請求項 8に係る発明は、請求項 6記載の 3次元座標測定機用ゲージにおいて、球体固定部材に永久磁石を設け、磁性材からなる保持体に吸着固定したので、保持体と球体とを分離可能にして、輸送や管理、取り扱いを容易にすることができる。

また、請求項 9に係る発明は、請求項 1記載の 3次元座標測定機用ゲージにおいて、保持体に標準ゲージ部を形成したので、球体の計測に加えてこの標準ゲージを計測することにより、得られた離散したデータから数学的処理によって円の直径を求めることによって、特定の面内 2軸の校正を容易に行うことが可能となる。

また、請求項 1 0に係る発明は、請求項 1記載の 3次元座標測定機用ゲ一ジにおいて、保持体の端面に立設用突起を設けたので、このゲージを測定テ一ブル上に確実に立設することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 直線状の母線を中心軸線回りに回転させて得られた回転体の外周面を有する保持体および、

前記保持体の外周面に取り付けられ、前記保持体の中心軸線に対して対称位置に配置された 2個の座標球体ュニッ卜よりなる少なくとも 1組の座標球体ュニット対を含み、

前記座標球体ュニッ卜の少なくとも 1つは直線上に配列された複数の座標球体を備えていることを特徴とする 3次元座標測定機用ゲージ。

2 . 前記直線状の母線を中心軸線回りに回転させて得られる回転体が円筒体であることを特徴とする請求項 1記載の 3次元座標測定機用ゲージ。

3 . 前記直線状の母線を中心軸線回りに回転させて得られる回転体が円錐体であることを特徴とする請求項 1記載の 3次元座標測定機用ゲージ。

4 . 前記座標球体ユニットの複数の座標球体は、前記保持体の母線に平行な直線上に配列されていることを特徴とする請求項 1記載の 3次元座標測定機用ゲージ。

5 . 前記座標球体ユニットの複数の座標球体は、前記保持体の母線に平行な直線と交差する直線上に配列されていることを特徴とする請求項 1記載の 3 次元座標測定機用ゲージ。

6 . 前記座標球体ユニットは、座標球体固定部材を介して、前記保持体の表面に設けられた座標球体ュニット取付部に着脱自在に取り付けられていることを特徴とする請求項 1記載の 3次元座標測定機用ゲージ。

7 . 前記座標球体ユニット取付部は、前記座標球体固定部材を揷入できる溝状に構成されていることを特徴とする請求項 6記載の 3次元座標測定機用ゲージ。

8 . 前記保持体を磁性材料から構成すると共に、前記座標球体固定部材に永久磁石を取り付け、該座標球体固定部材を前記保持体に着脱自在に取り付けられていることを特徴とする請求項 6記載の 3次元座標測定機用ゲージ。

9 . 前記保持体に標準ゲージ部を形成したことを特徴とする請求項 1記載の 3次元座標測定機用ゲージ。

1 0 . 前記保持体の端面に立設用突起を設けたことを特徴とする請求項 1記載の 3次元座標測定機用ゲージ。

1 1 . 円筒形の外周面を有する保持体および、

前記保持体の外周面に取り付けられ、前記保持体の中心軸線に対して対称位置に配置された 2個の座標球体ュニットよりなる座標球体ュニット対を含み、

前記座標球体ュニットはそれぞれ前記保持体の母線に対して平行な直線上に配列された複数の座標球体を備えていることを特徴とする請求項 1記載の 3次元座標測定機用ゲージ。

1 2 . 円筒形の外周面を有する保持体および、

前記保持体の外周面に取り付けられ、前記保持体の中心軸線に対して対称位置に配置された 2個の座標球体ュニッ卜よりなる座標球体ュニット対を含み、

前記座標球体ュニットはそれぞれ前記保持体の母線に対して予め定められた角度だけ傾斜している直線上に配列された複数の座標球体を備えていることを特徴とする請求項 1記載の 3次元座標測定機用ゲージ。

1 3 . 円錐形の外周面を有する保持体および、

前記座標球体ュニッ卜はそれぞれ前記保持体の母線に対して平行な直線上に配列された複数の座標球体を備えていることを特徴とする請求項 1記載の 3次元座標測定機用ゲージ。