JP2006201105A - Three-dimensional measuring instrument and probe used therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、三次元測定装置のプローブに関し、特に倣い測定に適したプローブ及びそれを用いた三次元測定装置に関する。 The present invention relates to a probe for a three-dimensional measuring apparatus, and more particularly to a probe suitable for scanning measurement and a three-dimensional measuring apparatus using the probe.
三次元測定機の倣い測定は、ポイント測定に比べて測定点数が飛躍的に多いため、測定の不確かさが改善され、測定結果の信頼性が上がる。そのために現在の測定では必要不可欠な技術である。しかし倣い測定を行う場合、測定点数が増加するため倣い測定速度を上げて測定しないと測定時間がかかってしまい、測定効率（スループット）が悪くなってしまうという問題がある。 The scanning measurement of a three-dimensional measuring machine has a significantly larger number of measurement points than point measurement, so that measurement uncertainty is improved and the reliability of measurement results is improved. Therefore, it is an indispensable technique in the current measurement. However, when scanning measurement is performed, the number of measurement points increases. Therefore, if the scanning measurement speed is not increased and measurement is performed, measurement time is required and measurement efficiency (throughput) is deteriorated.
測定効率を高めるには、倣い測定の速度を向上させることが必要である。このため、従来より、ＣＭＭの駆動機構の改造、倣い制御技術の向上、ソフトウエアの開発と倣いプローブの開発を総合的に行い、高速で高精度な倣い測定の実現を図るべく開発が進められてきた。
しかしながら、倣い測定において、高速化と高精度化を両立させることは非常に難しい。そのためにはＣＭＭの駆動機構やプローブの新規開発そして制御技術やソフトウエアを新規開発することになり、非常に大きなコストと時間を必要とする。たとえば、それらの技術が確立された場合でも、ユーザワークの形状や表面粗さの違いによって倣い時の振動現象（いわゆる「ビビリ」）が発生する場合があった。またワークの材質によっては接触したプローブ先端のスタイラスの先端球（一般的にはルビー球を使用）の摩耗やワークの磨耗が発生し、ワークの傷や倣い精度悪化の要因になっていた。 However, it is very difficult to achieve both high speed and high accuracy in scanning measurement. For this purpose, a new drive mechanism and probe of the CMM, a new control technology and software are newly developed, and a very large cost and time are required. For example, even when those techniques are established, there is a case where a vibration phenomenon (so-called “chatter”) occurs during copying due to a difference in the shape and surface roughness of the user work. Further, depending on the material of the workpiece, the tip stylus tip sphere (generally a ruby ball is used) at the tip of the probe or wear of the workpiece occurs, which causes damage to the workpiece and deterioration of the copying accuracy.
本発明は、このような問題点に鑑みされたもので、様々なワークを測定する三次元測定装置において、三次元測定装置本体や制御技術、ソフトウエアを変えることなしに、既存のシステムを有効に利用し、高精度・高速で且つ安定な倣い測定を実現可能とする三次元測定装置及びそれに用いられるプローブを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and in a three-dimensional measuring apparatus for measuring various workpieces, the existing system can be effectively used without changing the main body of the three-dimensional measuring apparatus, control technology, or software. It is an object of the present invention to provide a three-dimensional measuring apparatus and a probe used in the three-dimensional measuring apparatus which can be used for the above and realize high-precision, high-speed and stable scanning measurement.
上記目的を達成するため、本発明に係る三次元測定装置のプローブは、三次元測定装置の倣い測定に用いられ、先端にスタイラスを装着してなるプローブにおいて、前記スタイラスの先端球の表面の摩擦係数が０．１以下であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a probe of a three-dimensional measurement apparatus according to the present invention is used for scanning measurement of a three-dimensional measurement apparatus, and is a probe in which a stylus is attached to the tip, and the friction of the surface of the tip sphere of the stylus is The coefficient is 0.1 or less.
また、本発明に係る三次元測定装置は、プローブの先端にスタイラスを装着し、このスタイラスの先端球を測定対象に接触させた状態で前記先端球を測定対象の表面に沿って移動させる倣い測定を実行する三次元測定装置において、前記スタイラスの先端球の表面の摩擦係数が０．１以下であることを特徴とする。 The three-dimensional measuring apparatus according to the present invention is a scanning measurement in which a stylus is attached to the tip of a probe, and the tip sphere is moved along the surface of the measurement target while the tip sphere of the stylus is in contact with the measurement target. In the three-dimensional measuring apparatus for executing the above, the friction coefficient of the surface of the tip sphere of the stylus is 0.1 or less.
なお、前記スタイラスの先端球は、例えば表面に低摩擦化処理が施されたものである。この場合、前記低摩擦化処理としては、ＤＬＣ（ダイアモンドライクカーボン）コーティングを使用することが出来る。前記スタイラスの先端球は、例えば表面に膜厚０．２〜１０μｍのＤＬＣ膜が形成されたものである。 The tip sphere of the stylus has, for example, a surface subjected to low friction treatment. In this case, a DLC (diamond-like carbon) coating can be used as the low friction treatment. The tip sphere of the stylus has, for example, a DLC film having a film thickness of 0.2 to 10 μm formed on the surface.
本発明によれば、測定対象とプローブ先端のスタイラス先端球の摩擦抵抗を、例えば低摩擦化処理により０．１以下とするようにしているので、高速倣い測定時の振動現象の発生もなく、動作もスムースになり、高精度化を図ることが出来る。また、スタイラスの先端球の耐摩耗性が向上し、スタイラスの長寿命化とワークの損傷防止とを図ることができる。 According to the present invention, the frictional resistance between the object to be measured and the stylus tip sphere of the probe tip is set to 0.1 or less by, for example, low friction processing, so that no vibration phenomenon occurs during high-speed scanning measurement, The operation is also smooth and high accuracy can be achieved. In addition, the wear resistance of the tip ball of the stylus is improved, and it is possible to extend the life of the stylus and prevent damage to the workpiece.
次に、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図１は、この発明の一実施形態に係る三次元測定機の外観斜視図である。 FIG. 1 is an external perspective view of a coordinate measuring machine according to an embodiment of the present invention.
除振台１０の上には、定盤１１がその上面をベース面として水平面と一致するように載置され、この定盤１１の両側端から立設されたアーム支持体１２ａ，１２ｂの上端でＸ軸ガイド１３を支持している。アーム支持体１２ａは、その下端がＹ軸駆動機構１４によってＹ軸方向に駆動され、アーム支持体１２ｂは、その下端がエアーベアリングによって定盤１１上にＹ軸方向に移動可能に支持されている。Ｘ軸ガイド１３は、垂直方向に延びるＺ軸ガイド１５をＸ軸方向に駆動する。Ｚ軸ガイド１５には、Ｚ軸アーム１６がＺ軸ガイド１５に沿って駆動されるように設けられ、Ｚ軸アーム１６の下端に接触式のプローブ１７が装着されている。このプローブ１７の先端にはスタイラス１８が装着されている。
A
ジョイスティック１９は、手動操作でプローブ１７を移動させるのに用いられる。この三次元測定機は、スタイラス１８の先端を定盤１１上に載置されたワーク２０の表面に接触させた状態でスタイラス１８をワーク２０の表面に沿って移動させる倣い測定を実行する。
The
図２は、スタイラス１８の詳細を示す図であり、同図（ａ）は正面図、同図（ｂ）は先端の断面図である。図示のように、スタイラス１８は、シャフト３１と、このシャフト３１の先端に装着された先端球３２と、シャフト３１の基端部に形成されたプローブ連結部３３とにより構成されている。先端球２３は、ルビー球（Ａｌ２Ｏ３）のベース球３４の表面に、０．２〜１０μｍのＤＬＣ膜３５をコーティング等の低摩擦化処理で施したものである。一般的に、ルビー球の摩擦係数（動摩擦係数/相手材：鋼S45C）は、０．１６であるが、ＤＬＣコーティングは、摩擦係数が０．１以下である。従って、倣い測定時の振動現象の発生を効果的に防止することができる。但し、先端球コーティングの厚みを高精度に均一化することが難しく、先端球の真球度の劣化を考慮すると、厚み上限は１０μｍが限界である。
2A and 2B are diagrams showing details of the
なお、ベース球３４の材質は、ルビーに限定されるものではなく、超鋼等を用いることも出来る。また、低摩擦化処理は、ＤＬＣのコーティング以外でも、例えばＰＴＦＥ（テトラフルオロエチレン）樹脂、ＦＥＰ（フッ化エチレンプロピレン共重合）樹脂、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）樹脂等のコーティングでも良く、この場合には摩擦係数０．０５以下を実現することができる。
The material of the
なお、平面へのコーティング技術は、既に確立されているが、この実施形態のような球体へのコーティング技術は非常に難しい。そのためコーティングは、以下の工程により実施することが望ましい。 In addition, although the coating technique to a plane is already established, the coating technique to a sphere like this embodiment is very difficult. Therefore, it is desirable to carry out the coating by the following steps.
（１）ベース球３４全体に所定膜厚の膜を均一にコーティングするためシャフト３１を回転させる。
(1) The
（２）膜の付着性能を上げるために２層、３層のコーティングを実施する。 (2) In order to improve the adhesion performance of the film, two or three layers of coating are performed.
図３及び図４は、三次元測定装置により円筒のワークを倣い測定した結果を示す図で、図３は上述した低摩擦化処理を実施していない従来のプローブを用いて倣い測定を行った例、図４は上述した低摩擦化処理を実施した本実施形態のプローブを用いて倣い測定を行った例を示している。なお、倣い速度は、１０mm/sに設定した。 FIG. 3 and FIG. 4 are diagrams showing the result of measuring a cylindrical workpiece by a three-dimensional measuring apparatus. FIG. 3 shows the result of using a conventional probe that has not been subjected to the above-described friction reduction processing. For example, FIG. 4 shows an example in which the scanning measurement is performed using the probe of the present embodiment in which the above-described friction reduction processing is performed. The copying speed was set to 10 mm / s.
これらの例から明らかなように、従来のプローブにより倣い測定した措定結果では、図３中点線で囲まれた部分に示されるように振動現象が発生しており、最小値と最大値の幅が９．９９７〜１０．００２と広い範囲でばらつき正確な測定を行うことができなかったが、図４に示すように、本実施形態のプローブを用いた倣い測定によれば、最小値と最大値の幅が、９．９９８６〜１０．０００２とばらつきが大幅に軽減されており、より正確な測定が可能になることが分かった。 As is clear from these examples, in the determination results obtained by copying with a conventional probe, a vibration phenomenon occurs as shown in the portion surrounded by the dotted line in FIG. 3, and the width between the minimum value and the maximum value is In the wide range of 9.997 to 10.002, accurate measurement could not be performed. However, as shown in FIG. 4, according to the scanning measurement using the probe of the present embodiment, the minimum value and the maximum value are measured. The range of 9.9986 to 10.0002 is greatly reduced in variation, and it was found that more accurate measurement is possible.
１０…徐振台、１１…定盤、１２ａ，１２ｂ…アーム支持体、１３…Ｘ軸ガイド、１４…Ｙ軸駆動機構、１５…Ｚ軸ガイド、１６…Ｚ軸ガイド、１７…プローブ、１８…スタイラス、１９…ジョイスティック、２０…ワーク、３１…シャフト、３２…先端球、３３…プローブ連結部、３４…ベース球、３５…ＤＬＣ膜。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記スタイラスの先端球の表面の摩擦係数が０．１以下であることを特徴とする三次元測定装置のプローブ。 In a probe that is used for scanning measurement of a three-dimensional measuring device and has a stylus attached to the tip,
A probe for a three-dimensional measuring apparatus, wherein a friction coefficient of a surface of a tip sphere of the stylus is 0.1 or less.
前記スタイラスの先端球の表面の摩擦係数が０．１以下であることを特徴とする三次元測定装置。 In a three-dimensional measurement apparatus that performs a scanning measurement in which a stylus is attached to the tip of a probe, and the tip sphere is moved along the surface of the measurement target in a state where the tip sphere of the stylus is in contact with the measurement target.
The three-dimensional measuring apparatus characterized in that the friction coefficient of the surface of the tip sphere of the stylus is 0.1 or less.
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