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JP4950443B2 - Calibration gauge - Google Patents

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JP4950443B2
JP4950443B2 JP2005173738A JP2005173738A JP4950443B2 JP 4950443 B2 JP4950443 B2 JP 4950443B2 JP 2005173738 A JP2005173738 A JP 2005173738A JP 2005173738 A JP2005173738 A JP 2005173738A JP 4950443 B2 JP4950443 B2 JP 4950443B2
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隆昌 伊藤
純照 三上
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Shibaura Machine Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To precisely calibrate in a short time for the calibration gauge to be used for a measurement device for measuring the surface precision such as the free curvature shape etc. <P>SOLUTION: The calibration gauge 100 is made in a mortar shape with the recess spherical surface 101. Because the mortar-shaped calibration gauge is provided with the recess spherical surface, the contact state of the touch probe is stabilized, a degradation in precision of the calibration of the touch probe caused by slip is eliminated. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&amp;INPIT

Description

この発明は、キャリブレーションゲージに関し、特に、自由曲面形状等の形状精度測定を行う測定装置のキャリブレーションに用いられるキャリブレーションゲージに関するものである。   The present invention relates to a calibration gauge, and more particularly to a calibration gauge used for calibration of a measuring apparatus that measures shape accuracy such as a free-form surface shape.

自由曲面の面直方向の形状精度を測定して数値化し、金型のような加工物の自由曲面形状等の精度評価を行うための自由曲面形状測定方法として、自由曲面の任意の座標位置を測定点とし、その座標位置における被測定物表面の法線ベクトルを示す情報を自由曲面の曲面データより取得し、球状あるいは半球状の測定子を有するタッチプローブを使用し、取得した法線ベクトルを示す情報より前記測定点において法線ベクトル方向に所定量オフセットした位置を設定し、そのオフセット位置に測定子中心が位置するようにタッチプローブを軸移動させ、タッチプローブを前記オフセット位置より前記測定点の法線ベクトル方向に移動させてタッチプローブを被測定物の表面に接近接触させ、前記オフセット位置より被測定物の表面との接触位置までの移動量あるいはそれと等価の数量値を求める測定方法がある(例えば、特許文献1)。   As a free-form surface measurement method for measuring the accuracy of the free-form surface in the direction perpendicular to the surface and quantifying it, and evaluating the accuracy of the free-form surface of a workpiece such as a mold, any coordinate position on the free-form surface is used. Information indicating the normal vector of the surface of the object to be measured at the coordinate position is obtained from the curved surface data of the free-form surface, and the obtained normal vector is obtained using a touch probe having a spherical or hemispherical probe. Set a position offset by a predetermined amount in the normal vector direction at the measurement point from the information shown, move the touch probe so that the center of the probe is located at the offset position, and move the touch probe from the offset position to the measurement point. The touch probe is brought into close contact with the surface of the object to be measured by moving it in the direction of the normal vector, and the contact position with the surface of the object to be measured from the offset position. There is movement amount or the measurement method for determining the equivalent thereto quantity values up (e.g., Patent Document 1).

上述のような形状測定における測定装置(タッチプローブ)のキャリブレーションは、特許文献1に示されているように、3軸加工機のワークテーブルに凸球面による基準球(キャリブレーションゲージ)を固定し、基準球に対してタッチプローブ測定子中心が基準球の凸球面における任意の1点(キャリブレーション点)に対して法線ベクトル方向に所定量オフセットしたオフセット位置に位置するようにタッチプローブを軸移動させ、タッチプローブをオフセット位置より任意の1点の法線ベクトル方向に移動させてタッチプローブの測定子を基準球の表面に接近接触させ、オフセット位置より基準球の表面との接触位置までの移動量あるいはそれと等価の数量値を求める。 Calibration of the measuring device (touch probe) in the shape measurement as described above is performed by fixing a reference sphere (calibration gauge) with a convex spherical surface to a work table of a three-axis processing machine as shown in Patent Document 1. any point in the convex spherical surface of the reference sphere feeler center of the touch probe relative to the reference sphere with respect to (the calibration point) a touch probe to be located in an offset position by a predetermined amount offset in the normal vector direction Move the axis, move the touch probe in the direction of the normal vector at an arbitrary point from the offset position, and bring the touch probe probe close to the surface of the reference sphere. From the offset position to the contact position with the surface of the reference sphere The amount of movement or equivalent quantity value is obtained.

基準球の形状寸法は既知であって、オフセット位置より基準球の球面上の任意の1点までの法線ベクトル方向の距離が既知であり、この距離と上述の移動量の測定値の差値を補正値として測定値を補正し、この校正差値が許容値内になるまで、キャリブレーションを繰り返す。この校正差値(誤差量)を形状測定時の校正値としてCNCチューニングを行う。   The shape dimension of the reference sphere is known, the distance in the normal vector direction from the offset position to any one point on the sphere of the reference sphere is known, and the difference value between this distance and the measured value of the above-mentioned movement amount The measurement value is corrected using the correction value as a correction value, and the calibration is repeated until the calibration difference value falls within the allowable value. CNC tuning is performed using this calibration difference value (error amount) as a calibration value at the time of shape measurement.

基準球によるキャリブレーションでは、基準球の外側に、各キャリブレーション点毎に異なるオフセット位置ができ、各点(法線ベクトル方向)のキャリブレーション毎にタッチプローブを各点毎のオフセット位置に軸移動させる必要がある。このため、キャリブレーションにおけるタッチプローブの総パス長が長く、キャリブレーションに時間を要するようになる。   In calibration with a reference sphere, different offset positions are created outside the reference sphere for each calibration point, and the touch probe is moved to the offset position for each point for each point (normal vector direction) calibration. It is necessary to let For this reason, the total path length of the touch probe in calibration is long, and time is required for calibration.

また、基準球では、凸球面に対して、タッチプローブの球状の測定子の座りが悪く、測定子が凸球面に対して滑るような現象が生じ易く、キャリブレーション精度が低下する原因になる。   Further, in the reference sphere, the spherical probe of the touch probe is not satisfactorily seated with respect to the convex sphere, and the phenomenon that the probe is slid with respect to the convex sphere is likely to occur, which causes a decrease in calibration accuracy.

特開2002−267438号公報JP 2002-267438 A

この発明が解決しようとする課題は、キャリブレーションを、精度よく、短時間で行えるようにすることである。   The problem to be solved by the present invention is to enable calibration in a short time with high accuracy.

この発明によるキャリブレーションゲージは、全球の半分の完全な半球面であるポイント測定用の凹球面と、この凹球面の開口端側に連なる、前記凹球面と同心の円筒部からなる穴を備えているキャリブレーションゲージである。 A calibration gauge according to the present invention includes a concave spherical surface for point measurement which is a complete hemispherical half of the whole sphere, and a hole made of a cylindrical portion concentric with the concave spherical surface, which is connected to the opening end side of the concave spherical surface. a calibration gauge it is.

この発明によるキャリブレーションゲージは、全球の半分の完全な半球面であるポイント測定用の凹球面と、この凹球面の開口端側に連なる、前記凹球面と同心の円筒部からなる穴と;ポイント測定用の凸球面を有する突起とを有するキャリブレーションゲージである。 The calibration gauge according to the present invention comprises a concave spherical surface for measuring a point which is a complete hemispherical half of the whole sphere, and a hole made of a cylindrical portion concentric with the concave spherical surface, which is connected to the opening end side of the concave spherical surface ; A calibration gauge having a projection having a convex spherical surface for measurement .

この発明によれば、キャリブレーションゲージが凹球面を有するすり鉢形状であるから、その凹球面に対するタッチプローブの測定子の座りがよくなり、滑りによるタッチプローブのキャリブレーション精度の低下がなくなる。キャリブレーション時に設定するオフセット位置が、何れの法線ベクトル方向のキャリブレーションにおいても、凹球面の中心点の一点に設定でき、キャリブレーションにおけるタッチプローブの総パス長を、凸球面によるキャリブレーションゲージを使用した時より、短くすることができる。このことによっても、キャリブレーションに要する時間を短縮できる。   According to the present invention, since the calibration gauge has a mortar shape having a concave spherical surface, the touch probe probe is satisfactorily seated on the concave spherical surface, and the touch probe calibration accuracy is not lowered due to slipping. The offset position set at the time of calibration can be set to one point of the center point of the concave sphere in any normal vector direction calibration, and the total path length of the touch probe in the calibration can be set using the calibration gauge by the convex sphere. It can be shorter than when used. This also shortens the time required for calibration.

この発明によるキャリブレーションゲージおよびそのキャリブレーションゲージを用いた測定装置のキャリブレーション方法の一つの実施形態を実施するシステムの一つの実施形態を、図1を参照して説明する。   One embodiment of a system for carrying out one embodiment of a calibration gauge and a calibration method of a measuring apparatus using the calibration gauge according to the present invention will be described with reference to FIG.

このシステムは、CAD・CAM機10と、コンピュータ式数値制御装置(CNC)20とを有する。   The system includes a CAD / CAM machine 10 and a computer numerical controller (CNC) 20.

CAD・CAM機10とCNC20は、RS2324等によるシリアル通信やLAN、インタネット等による通信手段40によって双方向に通信可能に接続されている。なお、CAD・CAM機10とCNC20は、オフラインで、データの授受が行われてもよい。   The CAD / CAM machine 10 and the CNC 20 are connected so as to be capable of bidirectional communication by communication means 40 such as serial communication by RS2324 or the like, LAN, or the Internet. Note that the CAD / CAM machine 10 and the CNC 20 may exchange data offline.

CAD・CAM機10は、専用コンピュータ、あるいは汎用のパーソナルコンピュータである。CAD・CAM機10は、マンマシンインターフェースを含むものであり、コンピュータプログラムを実行することにより、CAD・CAMデータ作成部11と、測定プログラム作成部12と、法線ベクトルデータ抽出部13と、キャリブレーション実行プログラム作成部14を具現化する。   The CAD / CAM machine 10 is a dedicated computer or a general-purpose personal computer. The CAD / CAM machine 10 includes a man-machine interface, and by executing a computer program, a CAD / CAM data creation unit 11, a measurement program creation unit 12, a normal vector data extraction unit 13, and a calibration The execution program creation unit 14 is embodied.

CAD・CAMデータ作成部11は、被測定物(加工部)の形状データ、曲面データ(表面データ)、形状データ、曲面データより数値制御用加工プログラムを作成する。   The CAD / CAM data creation unit 11 creates a numerical control machining program from the shape data, curved surface data (surface data), shape data, and curved surface data of the object to be measured (machined portion).

測定プログラム作成部12は、被測定物の形状精度測定を実行する形状精度測定プログラムを作成する。形状精度測定プログラムは、被測定物の自由曲面(表面)の任意の座標位置を測定点とし、測定点における被測定物表面の法線ベクトルを示すデータに基づいて、測定点より法線ベクトル方向に所定量オフセットした位置を設定し、そのオフセット位置にタッチプローブの測定子中心が位置するようにタッチプローブを軸移動させ、タッチプローブをオフセット位置より測定点の法線ベクトル方向に移動させてタッチプローブの測定子を被測定物の表面に接近接触させ、オフセット位置より被測定物の表面との接触位置までの移動量あるいはそれと等価の数量値を求める手順を、CNC20が実行可能なコンピュータ言語で記述したものである。   The measurement program creation unit 12 creates a shape accuracy measurement program that performs shape accuracy measurement of the object to be measured. The shape accuracy measurement program uses the arbitrary coordinate position of the free-form surface (surface) of the object to be measured as the measurement point, and based on the data indicating the normal vector of the surface of the object at the measurement point, the normal vector direction from the measurement point Set the position offset by a predetermined amount, and move the touch probe so that the probe probe center is located at the offset position, and move the touch probe in the direction of the normal vector of the measurement point from the offset position. A computer language in which the CNC 20 can execute a procedure for bringing a probe probe close to and in contact with the surface of the object to be measured, and obtaining a movement amount from the offset position to the contact position with the surface of the object to be measured or a quantity value equivalent thereto. It is described.

形状精度測定プログラムは、被測定物の表面上に複数個の測定点S1、S2、S3…を、直交3軸の座標値(Xs,Ys,Zs)によって、順次、指定し、各測定点S1、S2、S3…における被測定物表面の法線ベクトルを記述している。つまり、形状精度測定プログラムは、被測定物の表面上の測定点定点S1、S2、S3…を、直交3軸の座標値(Xs,Ys,Zs)を指定し、指定された測定点S1、S2、S3毎に、各測定点S1、S2、S3…における被測定物表面の法線ベクトルデータを有する The shape accuracy measurement program sequentially designates a plurality of measurement points S1, S2, S3... On the surface of the object to be measured by means of three orthogonal coordinate values (Xs, Ys, Zs), and each measurement point S1. , S2, S3... Describe the normal vector of the surface of the object to be measured. That is, the shape accuracy measurement program designates the measurement point fixed points S1, S2, S3,... On the surface of the object to be measured, by specifying the coordinate values (Xs, Ys, Zs) of the three orthogonal axes, and the designated measurement points S1, Each of S2, S3 has normal vector data of the surface of the object to be measured at each measurement point S1, S2, S3 .

測定点S1、S2、S3…における被測定物表面の法線ベクトルは、曲面創成の数式から、X軸,Y軸、Z軸の各軸方向のベクトルi、j、kによって定義する仕方と、測定点S1、S2、S3…における曲面の傾斜角度Bと水平方向の角度Cとにより定義する仕方がある。ここでは、後者を使用することで、指令フォーマットは、次のように表される。
指令フォーマット:G***_X**_Y**_Z**_B**_C**
The normal vector of the surface of the object to be measured at the measurement points S1, S2, S3... Is defined by the vectors i, j, and k in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions from the curved surface creation formula, There is a method of defining by the inclination angle B of the curved surface and the horizontal angle C at the measurement points S1, S2, S3. Here, by using the latter, the command format is expressed as follows.
Command format: G *** _ X *** _ Y ** _ Z *** _ B *** _ C ***

被測定物が、金型のように、CNC3軸加工機によって自由曲面形状を加工された加工物である場合、法線ベクトルを示すデータ、すなわち、傾斜角度Bと水平方向の角度Cは、その自由曲面形状の加工のために、CNC3軸加工機で用いられる数値制御用加工プログラムを作成するためのCAD・CAMの曲面データより取得できる。   When the object to be measured is a workpiece having a free-form surface shape machined by a CNC triaxial machine like a mold, the data indicating the normal vector, that is, the inclination angle B and the horizontal angle C For machining a free-form surface shape, it can be obtained from CAD / CAM curved surface data for creating a numerical control machining program used in a CNC triaxial machine.

このことにより、測定プログラム作成部12は、CAD・CAMデータ作成部11で作成されたCAD・CAMの曲面データより、傾斜角度Bと水平方向の角度Cを得る。   Thus, the measurement program creation unit 12 obtains the inclination angle B and the horizontal angle C from the CAD / CAM curved surface data created by the CAD / CAM data creation unit 11.

ここで、形状精度測定プログラムによる被測定物の形状精度測定について、図2を参照して説明する。   Here, the shape accuracy measurement of the object to be measured by the shape accuracy measurement program will be described with reference to FIG.

三次元形状測定具として、球状あるいは半球状の測定子61を有するタッチプローブ60を使用し、取得した法線ベクトルを示すデータより、測定点Sにおいて法線ベクトル方向Nsに所定量オフセットしたオフセット位置Psofを設定し、そのオフセット位置Psofに測定子中心Tcが位置するように、タッチプローブ60を軸移動させ、タッチプローブ60をオフセット位置Psofより測定点Sの法線ベクトル方向Nsに移動させ、タッチプローブ60の測定子61を被測定物Wの表面に接近接触させる。オフセット位置Psofより被測定物の表面との接触位置までの移動量あるいはそれと等価の数量値を求める。 Using a touch probe 60 having a spherical or hemispherical probe 61 as a three-dimensional shape measuring instrument, an offset position offset by a predetermined amount in the normal vector direction Ns at the measurement point S from the acquired data indicating the normal vector. set psof, so that its feeler center Tc is located offset position psof, a touch probe 60 is axially moved to move the touch probe 60 in the normal vector direction Ns measurement point S than offset position psof, touch The probe 61 of the probe 60 is brought into close contact with the surface of the workpiece W. The amount of movement from the offset position Psof to the contact position with the surface of the object to be measured or a quantity value equivalent thereto is obtained.

測定点Sの設計上の座標値(Xs,Ys,Zs)と、オフセット位置Psofの座標値(Xsof,Ysof,Zsof)は既知値であるから、誤差ゼロ時のオフセット位置Psofと測定点Sとの法線ベクトル方向の距離、すなわち、肉厚方向の数量値は既知値となり、この既知値(測定基準値)と測定値との差値が、直接、自由曲面f上の測定点Sの肉厚方向の形状精度を数量で表すことになる。 Since the design coordinate values (Xs, Ys, Zs) of the measurement point S and the coordinate values (Xsof, Ysof, Zsof) of the offset position Psof are known values, the offset position Psof and the measurement point S when the error is zero The distance in the normal vector direction, that is, the quantity value in the thickness direction is a known value, and the difference value between this known value (measurement reference value) and the measured value is directly the thickness of the measurement point S on the free-form surface f. The shape accuracy in the thickness direction is expressed as a quantity.

この差値が予め設定されている誤差許容値以内であるか否の比較演算を行うことにより、測定点S毎に、OK、NGを出力したり、あるいは差値を段階的に分け、誤差レベル(VALUE)0〜Nを出力することができる。   By performing a comparison operation to determine whether or not the difference value is within a preset error tolerance value, OK or NG is output for each measurement point S, or the difference value is divided stepwise to obtain an error level. (VALUE) 0 to N can be output.

被測定物WがCNC3軸加工機によって自由曲面形状を加工された加工物である場合には、図2に示されているように、タッチプローブ60をCNC3軸加工機の主軸51に取り付け、CNC3軸加工機の機上で、CNC3軸加工機のCNC20(図1参照)を用いて自由曲面形状の測定を自動モードで行うことができる。   When the workpiece W is a workpiece having a free-form surface shape machined by a CNC triaxial machine, as shown in FIG. 2, a touch probe 60 is attached to the spindle 51 of the CNC triaxial machine, and the CNC3 On the axis machine, the measurement of the free-form surface shape can be performed in the automatic mode using the CNC 20 (see FIG. 1) of the CNC triaxial machine.

これにより、CNC3軸加工機をBC軸自動オフセット機能を備えた面直測定CMM(Coordinate Measuring Machine)として機能させることができる。   As a result, the CNC triaxial machine can function as a surface measuring CMM (Coordinating Measuring Machine) having a BC axis automatic offset function.

なお、この形状精度測定は、BC軸自動オフセット機能を備えた面直測定CMM等、直交3軸の軸制御系を有するサーボ制御式の三次元測定専用機でも、同等に行うことができる。   This shape accuracy measurement can be equally performed even with a servo-controlled three-dimensional measurement dedicated machine having an orthogonal three-axis axis control system such as a surface straight measurement CMM provided with a BC axis automatic offset function.

CAD・CAM機10の法線ベクトルデータ抽出部13は、測定プログラム作成部12によって作成された形状精度測定プログラムより、各測定点S1、S2、S3…における被測定物表面の法線ベクトルデータを抽出する。   The normal vector data extraction unit 13 of the CAD / CAM machine 10 uses the shape accuracy measurement program created by the measurement program creation unit 12 to obtain normal vector data on the surface of the object to be measured at each measurement point S1, S2, S3. Extract.

この実施形態では、法線ベクトルが曲面の傾斜角度Bと水平方向の角度Cとにより定義されているので、法線ベクトルデータ抽出部13は、形状精度測定プログラムの各測定点S1、S2、S3…毎の指令フォーマット(G***_X**_Y**_Z**_B**_C**)より、各測定点S1、S2、S3…の(B**_C**)を抽出する。   In this embodiment, since the normal vector is defined by the inclination angle B of the curved surface and the horizontal angle C, the normal vector data extraction unit 13 uses each measurement point S1, S2, S3 of the shape accuracy measurement program. ... (B *** _ C ***) of each measurement point S1, S2, S3, ... is extracted from each command format (G *** _ X *** _ Y *** _ Z *** _ B *** _ C **).

なお、重複する(B**_C**)については、一つのみが有効になり、同一の(B**_C**)を重複して抽出することがない。   Note that only one (B ** _ C **) is valid, and the same (B ** _ C **) is not duplicated.

なお、測定点S1、S2、S3…における被測定物表面の法線ベクトルを、X軸,Y軸、Z軸の各軸方向のベクトルi、j、kによって定義している場合には、法線ベクトルデータ抽出部13は、X軸,Y軸、Z軸の各軸方向のベクトルi、j、kを抽出する。   If the normal vector of the surface of the object to be measured at the measurement points S1, S2, S3,... Is defined by vectors i, j, k in the X axis, Y axis, and Z axis directions, The line vector data extraction unit 13 extracts vectors i, j, and k in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions.

キャリブレーション実行プログラム作成部14は、キャリブレーション実行プログラムを作成する。キャリブレーション実行プログラムは、法線ベクトルデータ抽出部13が抽出した法線ベクトルデータ(B**_C**)毎に、その法線ベクトルデータが示す法線ベクトル方向に関してのみ測定装置のキャリブレーションを実行する指令を記述したものである。   The calibration execution program creation unit 14 creates a calibration execution program. For each normal vector data (B ** _ C **) extracted by the normal vector data extraction unit 13, the calibration execution program calibrates the measuring apparatus only with respect to the normal vector direction indicated by the normal vector data. Describes the command to be executed.

キャリブレーション実行プログラムは、図1に示されているように、所定位置(所定座標位置)に設置されたキャリブレーションゲージ100に対してタッチプローブ60の測定子61の中心がキャリブレーションゲージ100の凹球面101に対して、抽出された法線ベクトルデータ(B**_C**)毎に、法線ベクトル方向Ncに所定量オフセットしたオフセット位置Psofに位置するように、タッチプローブ60を移動させ、タッチプローブ60を、オフセット位置Psofより、X軸、Y軸、Z軸の3軸同期制御(3軸同時制御)によって、法線ベクトル方向Ncに移動させてタッチプローブ60の測定子61をキャリブレーションゲージ100の凹球面101に接近接触させ、オフセット位置Psofよりキャリブレーションゲージ100の凹球面101との接触位置までの移動量あるいはそれと等価の数量値を求める手順を、CNC20が実行可能なコンピュータ言語で記述したものである。 As shown in FIG. 1, the calibration execution program is such that the center of the probe 61 of the touch probe 60 is recessed in the calibration gauge 100 with respect to the calibration gauge 100 installed at a predetermined position (predetermined coordinate position). The touch probe 60 is moved with respect to the spherical surface 101 so as to be located at an offset position Psof offset by a predetermined amount in the normal vector direction Nc for each extracted normal vector data (B ** _ C **). The probe 61 of the touch probe 60 is calibrated by moving the touch probe 60 from the offset position Psof in the normal vector direction Nc by three-axis synchronous control (three-axis simultaneous control) of the X, Y, and Z axes. brought close contact with the concave spherical surface 101 of the gauge 100, the calibration from the offset position Psof The procedure for determining the quantity value of the movement amount or its equivalent to the contact position between the concave spherical surface 101 of the over-di 100 are those described in available computer language execution CNC20.

CNC20は、X軸、Y軸、Z軸の3軸同期制御が可能なものであり、入出力部21と、プログラム実行部22と、X軸制御部23と、Y軸制御部24と、Z軸制御部25とを有する。   The CNC 20 is capable of three-axis synchronous control of the X axis, the Y axis, and the Z axis. The input / output unit 21, the program execution unit 22, the X axis control unit 23, the Y axis control unit 24, and the Z axis And an axis control unit 25.

プログラム実行部22は、数値制御用加工プログラム、形状精度測定プログラム、キャリブレーション実行プログラムをユーザ指定で実行する。プログラム実行部22は、何れのプログラムを実行しても、X軸制御部23、Y軸制御部24、Z軸制御部25によってX軸指令、Y軸指令、Z軸指令を生成し、これら各軸指令を、X軸サーボモータ31、Y軸サーボモータ32、Z軸サーボモータ33へ出力する。   The program execution unit 22 executes a numerical control machining program, a shape accuracy measurement program, and a calibration execution program by user designation. Regardless of which program is executed, the program execution unit 22 generates an X-axis command, a Y-axis command, and a Z-axis command by the X-axis control unit 23, the Y-axis control unit 24, and the Z-axis control unit 25. The axis command is output to the X-axis servo motor 31, the Y-axis servo motor 32, and the Z-axis servo motor 33.

X軸サーボモータ31、Y軸サーボモータ32、Z軸サーボモータ33の各々には、ロータリエンコーダ等による位置検出器34、35、36が接続されている。位置検出器34、35、36は、各軸のサーボモータ31〜33のモータ位置を検出する。位置検出器34、35、36のモータ位置信号は、フィードバック式のサーボ制御、形状精度測定、キャリブレーションのための位置信号として、CNC20に入力される。   Position detectors 34, 35, and 36 such as rotary encoders are connected to the X-axis servo motor 31, the Y-axis servo motor 32, and the Z-axis servo motor 33, respectively. The position detectors 34, 35, and 36 detect the motor positions of the servo motors 31 to 33 for each axis. The motor position signals of the position detectors 34, 35, and 36 are input to the CNC 20 as position signals for feedback servo control, shape accuracy measurement, and calibration.

なお、これらの各制御時の位置信号は、X軸、Y軸、Z軸の各軸に対してリニアセンサを設けることで、リニアセンサの出力信号を用いることもできる。   In addition, the position signal at the time of each control can also use the output signal of a linear sensor by providing a linear sensor with respect to each axis | shaft of an X-axis, a Y-axis, and a Z-axis.

形状精度測定時と、キャリブレーション時には、X軸サーボモータ31、Y軸サーボモータ32、Z軸サーボモータ33によって各軸方向に移動するCNC3軸加工機の主軸51に、工具に代えてタッチプローブ60を取り付ける。タッチプローブ60の測定子61の接触を示すオンオフ信号は、プログラマブルロジックコントローラ(PLC)26を介してCNC20に入力される。   At the time of measuring the shape accuracy and at the time of calibration, a touch probe 60 is used instead of a tool instead of a tool 51 on the spindle 51 of a CNC three-axis processing machine that is moved in the direction of each axis by an X-axis servo motor 31, a Y-axis servo motor 32, and a Z-axis servo motor 33 Install. An on / off signal indicating contact of the probe 61 of the touch probe 60 is input to the CNC 20 via the programmable logic controller (PLC) 26.

タッチプローブ60による形状精度測定のためのキャリブレーションは、CNC20のプログラム実行部22がキャリブレーション実行プログラムを実行することにより行われる。   Calibration for measuring the shape accuracy by the touch probe 60 is performed by the program execution unit 22 of the CNC 20 executing the calibration execution program.

このキャリブレーションは、被測定物の表面上に指定された測定点S1、S2、S3…における被測定物表面より当該被測定物表面の法線ベクトル方向Ncに変位したオフセット位置と測定点S1、S2、S3…の被測定物表面との法線ベクトル方向Ncの距離を計測して表面形状精度を計測する計測装置のキャリブレーションであり、形状精度測定の各測定点S1、S2、S3…における被測定物表面の法線ベクトル方向Ncに関してのみ、キャリブレーションを行う。   This calibration is performed by measuring the offset position displaced from the surface of the object to be measured at the measurement points S1, S2, S3... Specified in the normal vector direction Nc of the surface of the object to be measured and the measuring point S1, This is calibration of a measuring device that measures the surface shape accuracy by measuring the distance in the normal vector direction Nc from the surface of the object to be measured at S2, S3, and so on, at each measurement point S1, S2, S3,. Calibration is performed only for the normal vector direction Nc of the surface of the object to be measured.

本実施形態では、キャリブレーションは、半球状の凹球面101を有するキャリブレーションゲージ100を所定の機械座標位置に取り付け、形状精度測定と同じ機上で行う。   In the present embodiment, the calibration is performed on the same machine as the shape accuracy measurement by attaching a calibration gauge 100 having a hemispherical concave spherical surface 101 to a predetermined machine coordinate position.

このキャリブレーションは、キャリブレーションゲージ100に対してタッチプローブ60の測定子61の中心がキャリブレーションゲージ100の凹球面101の1点(測定点S1、S2、S3…)に対して法線ベクトル方向Ncに所定量オフセットしたオフセット位置Psofに位置するように、X軸サーボモータ31、Y軸サーボモータ32、Z軸サーボモータ33によって、主軸51と共にタッチプローブ60を移動させ、タッチプローブ60をオフセット位置Psofより前記1点の法線ベクトル方向Nsに移動させてタッチプローブ60の測定子61をキャリブレーションゲージ100の凹球面101に接近接触させ、オフセット位置Psofよりキャリブレーションゲージ100の凹球面101との接触位置までの移動量あるいはそれと等価の数量値を求めて測定装置のキャリブレーションを行う。 In this calibration, the center of the probe 61 of the touch probe 60 with respect to the calibration gauge 100 is in the normal vector direction with respect to one point (measurement points S1, S2, S3...) Of the concave spherical surface 101 of the calibration gauge 100. The touch probe 60 is moved together with the spindle 51 by the X-axis servo motor 31, the Y-axis servo motor 32, and the Z-axis servo motor 33 so as to be positioned at the offset position Psof offset by a predetermined amount to Nc, and the touch probe 60 is moved to the offset position. The probe 61 of the touch probe 60 is moved closer to the concave spherical surface 101 of the calibration gauge 100 by moving in the normal vector direction Ns of the one point from Psof, and the concave spherical surface 101 of the calibration gauge 100 from the offset position Psof . There is a movement amount to the contact position Calibrate the measuring device seeking the quantity value equivalent to the same.

キャリブレーションゲージ100の形状寸法は既知であるから、オフセット位置Psofよりキャリブレーションゲージ100の凹球面101の任意の1点までの法線ベクトル方向の距離が既知であり、この距離と上述の移動量の測定値の差値を校正差値としてCNC20に取り込み、CNC20による形状精度測定についてチューニングを行う。 Since the shape dimension of the calibration gauge 100 is known, the distance in the normal vector direction from the offset position Psof to any one point of the concave spherical surface 101 of the calibration gauge 100 is known, and this distance and the above-described movement amount The difference value of the measured values is taken into the CNC 20 as a calibration difference value, and the shape accuracy measurement by the CNC 20 is tuned.

そして、キャリブレーション結果の保証として、校正差値を反映したキャリブレーションを同様に行い、校正差値が許容値内になるまで、上述のキャリブレーションを繰り返す。   Then, as a guarantee of the calibration result, the calibration reflecting the calibration difference value is performed in the same manner, and the above calibration is repeated until the calibration difference value falls within the allowable value.

このキャリブレーションでは、実際の測定点S1、S2、S3…の法線ベクトル方向と同位相で、ダイレクト方式でキャリブレーションが行われるから、形状精度測定において実際に必要な法線ベクトル方向のキャリブレーションだけが行われ、キャリブレーション点数を不必要に増やすことなく、高い形状精度測定結果を保証するキャリブレーションが、精度よく、短時間で行われることになる。 In this calibration, the actual measurement points S1, S2, S3 ... normal vector direction and same phase, because calibration Direct method cracking line, actually the normal vector direction of the calibration required in the shape accuracy measurement Thus, the calibration for guaranteeing a high shape accuracy measurement result is performed accurately and in a short time without unnecessarily increasing the number of calibration points.

この実施形態で使用されるキャリブレーションゲージ100は、図3に示されているように、半球状の凹球面101を有するすり鉢形状のキャリブレーションゲージである。キャリブレーションゲージ100は凹球面101の開口端側に凹球面101の半径と同じ半径による高さ(軸長)hの円筒部102を凹球面101と同心に有する。キャリブレーションゲージ100は円筒部102の開口端の周りに水平上面103を有する。   The calibration gauge 100 used in this embodiment is a mortar-shaped calibration gauge having a hemispherical concave spherical surface 101 as shown in FIG. The calibration gauge 100 has a cylindrical portion 102 having a height (axial length) h with the same radius as the radius of the concave spherical surface 101 concentrically with the concave spherical surface 101 on the opening end side of the concave spherical surface 101. The calibration gauge 100 has a horizontal upper surface 103 around the open end of the cylindrical portion 102.

このキャリブレーションゲージ100では、オフセット位置Psofは、何れの法線ベクトル方向のキャリブレーションにおいても、凹球面101の中心点Gcの一点に設定できる。 In this calibration gauge 100, the offset position Psof can be set to one point of the center point Gc of the concave spherical surface 101 in any normal vector direction calibration.

このことにより、オフセット位置Psofを設定するプログラム記述を簡素化でき、キャリブレーションにおけるタッチプローブ60の総パス長を、凸球面によるキャリブレーションゲージを使用した時より、短くすることができる。このことによっても、キャリブレーションに要する時間を短縮できる。 As a result, the program description for setting the offset position Psof can be simplified, and the total path length of the touch probe 60 in calibration can be made shorter than when a calibration gauge using a convex spherical surface is used. This also shortens the time required for calibration.

また、凸球面によるキャリブレーションゲージでは、凸球面に対して、タッチプローブ60の球状の測定子61の座りが悪く、測定子61が凸球面に対して滑るような現象が生じ易いが、凹球面101であると、凹球面101に対する測定子61の座りがよくなり、滑りによるタッチプローブ60のキャリブレーション精度の低下がなくなる。   Further, in the calibration gauge using the convex spherical surface, the spherical probe 61 of the touch probe 60 is not satisfactorily seated with respect to the convex spherical surface, and the phenomenon that the probe 61 slides with respect to the convex spherical surface is likely to occur. If it is 101, the probe 61 sits better with respect to the concave spherical surface 101, and the calibration accuracy of the touch probe 60 is not lowered due to slipping.

オフセット位置Psofの設定、つまり、キャリブレーションゲージ100の凹球面101の中心点Gcの座標(XsofYsofZsof)設定は、タッチプローブ60を用いてCNC20が、Gコードによる内径部の自動心出し(直交2方向アプローチ)のマクロプログラムを、実行することにより、キャリブレーションゲージ100の円筒部102の自動心出しを行うことで、座標値(XsofYsof)を取得し、タッチプローブ60を用いて水平上面103の直交4点のZ軸位置を測定してその平均値より高さh分を差し引きことにより、座標値(Zsof)を取得できる。 The offset position Psof is set, that is, the coordinates ( Xsof , Ysof , Zsof ) of the center point Gc of the concave spherical surface 101 of the calibration gauge 100 are set by the CNC 20 using the touch probe 60 and automatic centering of the inner diameter by G code By executing the (orthogonal two-direction approach) macro program, the cylindrical portion 102 of the calibration gauge 100 is automatically centered to obtain coordinate values ( Xsof , Ysof ), and the touch probe 60 is used. A coordinate value ( Zsof ) can be obtained by measuring the Z-axis positions of four orthogonal points on the horizontal upper surface 103 and subtracting the height h from the average value.

このことにより、凹球面型のキャリブレーションゲージ100を使用することで、オフセット位置Psofの設定も容易になり、このことによっても、キャリブレーションに要する時間を短縮できる。 Thus, the use of the concave spherical calibration gauge 100 facilitates the setting of the offset position Psof , and this also shortens the time required for calibration.

この発明によるキャリブレーションゲージの他の実施形態を、図4を参照して説明する。なお、図4において、図3に対応する部分は、図3に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。   Another embodiment of the calibration gauge according to the present invention will be described with reference to FIG. 4, parts corresponding to those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals as those in FIG. 3, and description thereof is omitted.

この実施形態によるキャリブレーションゲージ105は、図3に示されているキャリブレーションゲージ100と同等の半球状の凹球面101以外に、半球状の凸球面104を有する。   The calibration gauge 105 according to this embodiment has a hemispherical convex spherical surface 104 in addition to the hemispherical concave spherical surface 101 equivalent to the calibration gauge 100 shown in FIG.

このキャリブレーションゲージ105では、測定点の被測定物の表面が、凹面か、凸面かに応じて、凹球面101と、凸球面104とを使い分けることができる。   In this calibration gauge 105, the concave spherical surface 101 and the convex spherical surface 104 can be used properly depending on whether the surface of the object to be measured at the measurement point is concave or convex.

この発明によるキャリブレーションケージおよびそのキャリブレーションケージを用いた測定装置のキャリブレーション方法の一つの実施形態を実施するシステムの一つの実施形態を示すシステム構成図である。1 is a system configuration diagram showing one embodiment of a system for carrying out one embodiment of a calibration cage and a calibration method of a measuring apparatus using the calibration cage according to the present invention. FIG. 自由曲面形状測定の実際例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the actual example of a free-form surface shape measurement. この発明によるキャリブレーションゲージの一つの実施形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing one embodiment of a calibration gauge by this invention. この発明によるキャリブレーションゲージの他の実施形態を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows other embodiment of the calibration gauge by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 CAD・CAM機
11 CAD・CAMデータ作成部
12 測定プログラム作成部
13 法線ベクトルデータ抽出部
14 キャリブレーション実行プログラム作成部
20 CNC
21 入出力部
22 プログラム実行部
23 X軸制御部
24 Y軸制御部
25 Z軸制御部
26 プログラマブルロジックコントローラ
31 X軸サーボモータ
32 Y軸サーボモータ
33 Z軸サーボモータ
34、35、36 位置検出器
40 通信手段
51 主軸
60 タッチプローブ
61 測定子
100 キャリブレーションゲージ
101 凹球面
102 円筒部
103 水平上面
104 凸球面
105 キャリブレーションゲージ
10 CAD / CAM machine 11 CAD / CAM data creation unit 12 Measurement program creation unit 13 Normal vector data extraction unit 14 Calibration execution program creation unit 20 CNC
21 Input / output unit 22 Program execution unit 23 X-axis control unit 24 Y-axis control unit 25 Z-axis control unit 26 Programmable logic controller 31 X-axis servo motor 32 Y-axis servo motor 33 Z-axis servo motor 34, 35, 36 Position detector 40 communication means 51 spindle 60 touch probe 61 probe 100 calibration gauge 101 concave spherical surface 102 cylindrical portion 103 horizontal upper surface 104 convex spherical surface 105 calibration gauge

Claims (2)

全球の半分の完全な半球面であるポイント測定用の凹球面と、この凹球面の開口端側に連なる、前記凹球面と同心の円筒部とからなる穴を備えている、
ことを特徴するキャリブレーションゲージ。
A concave measuring spherical surface for point measurement which is a complete hemispherical half of the whole sphere, and a hole made of a cylindrical portion concentric with the concave spherical surface, which is connected to the opening end side of the concave spherical surface ,
A calibration gauge characterized by that.
全球の半分の完全な半球面であるポイント測定用の凹球面と、この凹球面の開口端側に連なる、前記凹球面と同心の円筒部とからなる穴と
ポイント測定用の凸球面を有する突起とを有する、
ことを特徴するキャリブレーションゲージ。
A hole made up of a concave spherical surface for point measurement, which is a perfect hemispherical half of the whole sphere, and a cylindrical portion concentric with the concave spherical surface, which is connected to the opening end side of the concave spherical surface ;
A projection having a convex spherical surface for point measurement ,
Calibration gauge that wherein the.
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