JPH08210837A - Probe position vector computing device in correction of rotary angle error of three dimensional coordinate measuring apparatus - Google Patents
Probe position vector computing device in correction of rotary angle error of three dimensional coordinate measuring apparatusInfo
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- JPH08210837A JPH08210837A JP4236395A JP4236395A JPH08210837A JP H08210837 A JPH08210837 A JP H08210837A JP 4236395 A JP4236395 A JP 4236395A JP 4236395 A JP4236395 A JP 4236395A JP H08210837 A JPH08210837 A JP H08210837A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は互いに直交する３軸方向
にプローブを移動自在に支持し、ワークの形状寸法を測
定する三次元座標測定機に係わり、特に、その運動精度
の回転角度誤差を補正する場合において、プローブ取付
部に設定された補正基準点に対するプローブの測定子先
端球の中心の位置ベクトル（距離及び方向で、本明細書
ではこれを「プローブ位置ベクトル」と称す）算出装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a three-dimensional coordinate measuring machine for movably supporting probes in directions orthogonal to each other and measuring the shape and size of a work. The present invention relates to a position vector (in terms of distance and direction, referred to herein as a "probe position vector") of a center of a probe tip sphere of a probe with respect to a correction reference point set in a probe mounting portion in the case of correction. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】三次元座標測定機はプローブを互いに直
交する３軸方向に移動自在に支持するとともに、プロー
ブの座標位置を検出する位置検出手段を各軸に備え、ワ
ークの測定位置にプローブを当接したときのプローブの
座標位置のデータを演算することによって、ワークの形
状寸法を測定する。2. Description of the Related Art A three-dimensional coordinate measuring machine supports a probe so as to be movable in three axial directions which are orthogonal to each other, and is equipped with position detecting means for detecting the coordinate position of the probe on each axis so that the probe can be placed at the measuring position of a workpiece. The geometrical dimension of the work is measured by calculating the data of the coordinate position of the probe when it abuts.
【０００３】図３に三次元座標測定機の一例の斜視図を
示す。図３に示す三次元座標測定機１０はブリッジ移動
形でモータ駆動の三次元座標測定機である。三次元座標
測定機１０には、架台１１の上にテーブル１２が載置さ
れるとともに、テーブル１２の両側に右Ｙキャリッジ１
４ａと左Ｙキャリッジ１４ｂが立設され、右Ｙキャリッ
ジ１４ａと左Ｙキャリッジ１４ｂの上部がＸガイド１４
ｃで連結されてブリッジ１４が構成されている。テーブ
ル１２の両側の上面には上下方向（以下、「Ｚ軸方向」
という）の摺動面が、Ｙ軸案内駆動部１３にはＸ軸方向
（水平方向）の摺動面が各々Ｙ軸方向（Ｘ軸方向と直角
な水平方向）に形成され、右Ｙキャリッジ１４ａと左Ｙ
キャリッジ１４ｂの下部にはこれに対抗するエアベアリ
ングが設けられている。ブリッジ１４はＺ軸方向とＸ軸
方向を拘束されながらＹ軸方向に移動自在となってい
る。FIG. 3 shows a perspective view of an example of a three-dimensional coordinate measuring machine. The three-dimensional coordinate measuring machine 10 shown in FIG. 3 is a bridge-moving type motor-driven three-dimensional coordinate measuring machine. In the three-dimensional coordinate measuring machine 10, a table 12 is placed on a pedestal 11, and the right Y carriage 1 is provided on both sides of the table 12.
4a and the left Y carriage 14b are erected, and the upper portions of the right Y carriage 14a and the left Y carriage 14b are the X guides 14
The bridge 14 is configured by being connected by c. The upper surface on both sides of the table 12 has a vertical direction (hereinafter, “Z-axis direction”).
Sliding surfaces in the X-axis direction (horizontal direction) are formed in the Y-axis guide driving unit 13 in the Y-axis direction (horizontal direction perpendicular to the X-axis direction). And left Y
An air bearing that opposes the carriage 14b is provided below the carriage 14b. The bridge 14 is movable in the Y-axis direction while being constrained in the Z-axis direction and the X-axis direction.
【０００４】また、Ｘガイド１４ｃにはＹ軸方向とＺ軸
方向の摺動面が各々Ｘ軸方向に形成され、エアベアリン
グが内蔵されたＸキャリッジ１５がＹ軸方向とＺ軸方向
を拘束されながらＸ軸方向に移動自在に設けられてい
る。さらに、Ｘキャリッジ１５にはＺ軸方向案内用のエ
アベアリングも内蔵されており、これに沿ってＺスピン
ドル１６がＺ軸方向に移動自在に設けられている。Ｚス
ピンドル１６の下端にはプローブ取付部１７が固着さ
れ、プローブ取付部１７にプローブ１８が取り付けられ
ている。Further, the X guide 14c is formed with sliding surfaces in the Y-axis direction and the Z-axis direction respectively in the X-axis direction, and an X-carriage 15 having a built-in air bearing is constrained in the Y-axis direction and the Z-axis direction. However, it is provided so as to be movable in the X-axis direction. Further, an air bearing for guiding in the Z-axis direction is also built in the X-carriage 15, along which a Z spindle 16 is provided so as to be movable in the Z-axis direction. A probe mounting portion 17 is fixed to the lower end of the Z spindle 16, and a probe 18 is mounted on the probe mounting portion 17.
【０００５】これによって、プローブ１８はＸＹＺの３
軸方向に移動自在となり、各軸に設けられた駆動機構に
よってモータ駆動（コンピュータによる自動制御駆動や
ジョイスティック操作による駆動）がされる。さらに、
テーブル１２の右側にはＹ軸方向、Ｘガイド１４ｃには
Ｘ軸方向、Ｚスピンドル１６にはＺ軸方向スケールが各
々設けられ、右Ｙキャリッジ１４ａにはＹ軸方向の検出
ヘッド、Ｘキャリッジ１５にはＸ軸方向およびＺ軸方向
の検出ヘッドが取り付けられていて、プローブ１８の三
次元座標位置を検出する（いずれも図示省略）。なお、
本明細書でいう「プローブ」はワークの測定位置にプロ
ーブを当接したときに電気信号が発生する電子プローブ
である。As a result, the probe 18 has the XYZ 3
It is movable in the axial direction, and motors are driven (automatically controlled drive by a computer or drive by joystick operation) by a drive mechanism provided for each axis. further,
The right side of the table 12 is provided with a Y-axis direction, the X guide 14c is provided with an X-axis direction, the Z spindle 16 is provided with a Z-axis direction scale, the right Y carriage 14a is provided with a Y-axis direction detection head, and the X carriage 15 is provided with a scale. Is attached with detection heads in the X-axis direction and the Z-axis direction, and detects the three-dimensional coordinate position of the probe 18 (both not shown). In addition,
The “probe” referred to in the present specification is an electronic probe that generates an electric signal when the probe is brought into contact with the measurement position of the work.
【０００６】三次元座標測定機はこのように構成されて
いるが、三次元座標測定機の測定精度に影響を与える要
素の１つとして各軸の案内機構の運動精度（指示精度・
真直度・直角度・ピッチング・ヨーイング・ローリン
グ）がある。そこで、測定精度を向上するために、スケ
ール精度の向上や案内構造材・案内機構の改良等、物理
的な対策が行われているが、物理的な対策では高価にな
りがちであるため、あるいは、さらに運動精度を向上さ
せるために、近年、ソフトウェアで運動精度を補正する
方法が増加している。本発明は、このうちピッチング・
ヨーイング・ローリング（以下まとめて「回転角度誤
差」という）についてソフトウェアで補正する装置に関
するものである。The three-dimensional coordinate measuring machine is constructed in this way, but as one of the factors affecting the measuring accuracy of the three-dimensional coordinate measuring machine, the movement accuracy (instruction accuracy
Straightness, squareness, pitching, yawing, rolling). Therefore, in order to improve the measurement accuracy, physical measures such as improvement of scale accuracy and improvement of guide structure material and guide mechanism are taken, but physical measures tend to be expensive, or In recent years, in order to further improve the motion accuracy, a method of correcting the motion accuracy by software is increasing. The present invention includes pitching
The present invention relates to a device for correcting yawing / rolling (hereinafter collectively referred to as "rotational angle error") with software.
【０００７】回転角度誤差をソフトウェアで補正するに
は、まず、各種の測定器を用いて、Ｚスピンドル１６下
端のプローブ取付部１７の特定の点（補正基準点１７
ａ）におけるＸＹＺ３軸方向各々の回転角度誤差を、測
定空間全体にわたって所定の測定間隔ごとに求め記憶す
る。この場合、回転角度誤差は角度であり、必要なのは
プローブ１８の測定子先端球の位置における補正である
ので、あらかじめ補正基準点１７ａに対するプローブ１
８の測定子先端球の中心１８ａの位置ベクトルを求めて
おく必要がある。In order to correct the rotation angle error by software, first, various measuring instruments are used and a specific point (correction reference point 17) of the probe mounting portion 17 at the lower end of the Z spindle 16 is used.
The rotation angle error in each of the XYZ three-axis directions in a) is obtained and stored at predetermined measurement intervals over the entire measurement space. In this case, the rotation angle error is an angle, and what is necessary is a correction at the position of the probe tip sphere of the probe 18, so that the probe 1 with respect to the correction reference point 17a is beforehand adjusted.
It is necessary to obtain the position vector of the center 18a of the probe tip sphere 8 of FIG.
【０００８】そこで、ワーク測定に使用するプローブ１
８ごとに、プローブ位置ベクトルを次に述べる方法で算
出して記憶した後、ワークを測定する。これによって、
補正基準点１７ａにおける回転角度誤差とプローブ位置
ベクトルから補正値が計算され、補正値が測定データに
加算または測定データから減算されて測定値が算出され
る。図４はこれを説明するために簡易的にＸＺ２次元に
ついての補正例を示したもので、補正基準点１７ａにお
ける回転角度誤差をα、プローブ長さがＳ、ＳのＸ軸方
向成分がＢｘ、Ｚ軸方向成分がＢｚ、補正後の補正基準
点１７ａからのＸ軸方向距離がＣｘ、Ｚ軸方向距離がＣ
ｚである。Therefore, the probe 1 used for the work measurement
For each 8, the probe position vector is calculated and stored by the method described below, and then the work is measured. by this,
A correction value is calculated from the rotation angle error at the correction reference point 17a and the probe position vector, and the correction value is added to or subtracted from the measurement data to calculate the measurement value. FIG. 4 simply shows an example of correction in the XZ two-dimensional for explaining this. The rotation angle error at the correction reference point 17a is α, the probe length is S, the component of S in the X-axis direction is Bx, The Z-axis direction component is Bz, the X-axis direction distance from the corrected reference point 17a after correction is Cx, and the Z-axis direction distance is C.
z.
【０００９】次に、従来のプローブ位置ベクトル算出方
法の２つの例を説明する。図５に示す第１の方法では、
Ｚスピンドル１６下端のプローブ取付部１７の下面の中
央が補正基準点１７ａになっている。また、取付台２１
に基準球２２が固着されて構成された基準ゲージ２０が
テーブル１２に固定されている。ただし、図５は簡易的
にＸＺ２次元で表しており、紙面と直角方向がＹ軸方向
となる。したがって、以下に記述するＹ軸方向の値につ
いても図示を省略している。Next, two examples of conventional probe position vector calculation methods will be described. In the first method shown in FIG. 5,
The center of the lower surface of the probe mounting portion 17 at the lower end of the Z spindle 16 is the correction reference point 17a. Also, the mount 21
A reference gauge 20 configured by a reference sphere 22 being fixed to the table 12 is fixed to the table 12. However, FIG. 5 is simply expressed in the XZ two-dimensional manner, and the direction perpendicular to the paper surface is the Y-axis direction. Therefore, illustration of values in the Y-axis direction described below is also omitted.
【００１０】この状態から、まず、プローブ取付部１７
に取付面から測定子先端球の中心４１ａまでの長さＰ
（この場合は、プローブ取付部１７と測定子先端球の中
心４１ａのＸＹ軸方向座標値がほぼ一致しているので、
プローブ位置ベクトルの値はＺ軸方向のみでよい）が既
知のプローブ４１を取り付け、プローブ４１で基準球２
２を４点以上を測定する。From this state, first, the probe mounting portion 17
The length P from the mounting surface to the center 41a of the probe tip sphere
(In this case, since the XY-axis coordinate values of the probe mounting portion 17 and the center 41a of the probe tip sphere are substantially the same,
The value of the probe position vector may be only in the Z-axis direction).
2 is measured at 4 points or more.
【００１１】基準球２２を４点以上を測定すると、三次
元座標測定機の座標値の絶対原点１９からの補正基準点
１７ａのＸ軸座標値、Ｙ軸座標値及びＺ軸座標値（以
下、単にそれぞれ「補正基準点Ｘ軸座標値」、「補正基
準点Ｙ軸座標値」、「補正基準点Ｚ軸座標値」という）
が各々４点以上得られるので、これから測定子先端球の
中心４１ａが基準球２２の中心２２ａに一致した位置
（計算上の位置で、以下、「プローブ原点位置」とい
う）における補正基準点Ｘ軸座標値Ｘｃ、補正基準点Ｙ
軸座標値Ｙｃ及び補正基準点Ｚ軸座標値Ｚｃが次のよう
にして算出される（図５の左側）。When the reference sphere 22 is measured at four or more points, the X-axis coordinate value, the Y-axis coordinate value, and the Z-axis coordinate value of the correction reference point 17a from the absolute origin 19 of the coordinate value of the three-dimensional coordinate measuring machine (hereinafter, Simply referred to as "correction reference point X-axis coordinate value", "correction reference point Y-axis coordinate value", and "correction reference point Z-axis coordinate value" respectively)
Since four or more points are obtained respectively, the corrected reference point X-axis at the position where the center 41a of the probe tip sphere coincides with the center 22a of the reference sphere 22 (calculated position, hereinafter referred to as "probe origin position"). Coordinate value Xc, correction reference point Y
The axis coordinate value Yc and the correction reference point Z axis coordinate value Zc are calculated as follows (on the left side in FIG. 5).
【００１２】すなわち、基準球２２を４点測定した場
合、得られた補正基準点Ｘ軸座標値をＸc1・Ｘc2・Ｘc3
・Ｘc4、補正基準点Ｙ軸座標値ＹｃをＹc1・Ｙc2・Ｙc3
・Ｙc4、補正基準点Ｚ軸座標値をＺc1・Ｚc2・Ｚc3・Ｚ
c4とし、基準球２２の中心２２ａと測定子先端球の中心
４１ａの距離をＲとすると、次の式が得られる。 (Ｘｃ−Ｘc1)2＋(Ｙｃ−Ｙc1)2＋(Ｚｃ−Ｚc1)2＝Ｒ2 ……（１） (Ｘｃ−Ｘc2)2＋(Ｙｃ−Ｙc2)2＋(Ｚｃ−Ｚc2)2＝Ｒ2 ……（２） (Ｘｃ−Ｘc3)2＋(Ｙｃ−Ｙc3)2＋(Ｚｃ−Ｚc3)2＝Ｒ2 ……（３） (Ｘｃ−Ｘc4)2＋(Ｙｃ−Ｙc4)2＋(Ｚｃ−Ｚc4)2＝Ｒ2 ……（４） これから、Ｒに関係なくＸｃ・Ｙｃ・Ｚｃが算出され
る。That is, when the reference sphere 22 is measured at four points, the correction reference point X-axis coordinate values obtained are Xc1, Xc2, Xc3.
・ Xc4, correction reference point Y-axis coordinate value Yc is Yc1, Yc2, Yc3
・ Yc4, correction reference point Z-axis coordinate value is Zc1, Zc2, Zc3, Z
If c4 and the distance between the center 22a of the reference sphere 22 and the center 41a of the probe tip sphere are R, then the following equation is obtained. (Xc-Xc1) 2 + (Yc-Yc1) 2 + (Zc-Zc1) 2 = R 2 (1) (Xc-Xc2) 2 + (Yc-Yc2) 2 + (Zc-Zc2) 2 = R 2 (2) (Xc-Xc3) 2 + (Yc-Yc3) 2 + (Zc-Zc3) 2 = R 2 (3) (Xc-Xc4) 2 + (Yc-Yc4) 2 + (Zc −Zc4) 2 = R 2 (4) From this, Xc · Yc · Zc is calculated regardless of R.
【００１３】したがって、絶対原点１９からの基準球２
２の中心２２ａのＸ軸座標値（以下、単に「基準球Ｘ軸
座標値」」という）Ｍｘ、Ｙ軸座標値（以下、単に「基
準球Ｙ軸座標値」という）Ｍｙ及びＺ軸座標値（以下、
単に「基準球Ｚ軸座標値」という）Ｍｚは、 Ｍｘ＝Ｘｃ ……（５） Ｍｙ＝Ｙｃ ……（６） Ｍｚ＝Ｚｃ＋Ｐ ……（７） となる。Therefore, the reference sphere 2 from the absolute origin 19
The X-axis coordinate value (hereinafter, simply referred to as "reference sphere X-axis coordinate value") Mx, the Y-axis coordinate value (hereinafter, simply referred to as "reference sphere Y-axis coordinate value") My, and the Z-axis coordinate value of the center 22a of 2 (Less than,
Mz is simply referred to as “reference sphere Z-axis coordinate value”. Mx = Xc (5) My = Yc (6) Mz = Zc + P (7)
【００１４】この後、ワーク測定に使用するプローブ１
８に取り替え、基準球２２を４点以上測定し、同様に、
プローブ原点位置における補正基準点Ｘ軸座標値Ｘｄ、
補正基準点Ｙ軸座標値Ｙｄ及び補正基準点Ｚ軸座標値Ｚ
ｄを求める（図５の右側）。After this, the probe 1 used for measuring the workpiece
Replace with 8 and measure 4 or more reference spheres 22.
Correction reference point X-axis coordinate value Xd at the probe origin position,
Correction reference point Y-axis coordinate value Yd and correction reference point Z-axis coordinate value Z
Find d (right side of FIG. 5).
【００１５】この結果、補正基準点１７ａに対するプロ
ーブ１８の測定子先端球の中心１８ａの位置ベクトルの
Ｘ軸方向成分Ｄｘ、Ｙ軸方向成分Ｄｙ及びＺ軸方向成分
Ｄｚは、プローブ４１によって算出した基準球Ｘ軸座標
値Ｍｘ、基準球Ｙ軸座標値Ｍｙ及び基準球Ｚ軸座標値Ｍ
ｚを用いて次の式から算出される。 Ｄｘ＝Ｍｘ−Ｘｄ ……（８） Ｄｙ＝Ｍｙ−Ｙｄ ……（９） Ｄｚ＝Ｍｚ−Ｚｄ ……（１０）As a result, the X-axis direction component Dx, the Y-axis direction component Dy, and the Z-axis direction component Dz of the position vector of the center 18a of the probe tip sphere of the probe 18 with respect to the correction reference point 17a are calculated by the probe 41. Sphere X-axis coordinate value Mx, reference sphere Y-axis coordinate value My and reference sphere Z-axis coordinate value M
It is calculated from the following formula using z. Dx = Mx-Xd (8) Dy = My-Yd (9) Dz = Mz-Zd (10)
【００１６】図６に示す第２の方法では、Ｚスピンドル
１６下端にプローブ取付部４５が固着されている。プロ
ーブ取付部４５は先端に基準穴４５ａが形成されている
ところが前述した第１の方法のプローブ取付部１７と異
なるが、第１の方法と同様に、プローブ取付部４５の下
面の中央が補正基準点４５ｂになっている。基準ゲージ
２０は第１の方法と同じである。ただし、図６は図５と
同様に簡易的にＸＺ２次元で表しており、紙面と直角方
向がＹ軸方向となる。したがって、以下に記述するＹ軸
方向の値についても図示を省略している。In the second method shown in FIG. 6, the probe mounting portion 45 is fixed to the lower end of the Z spindle 16. The probe mounting portion 45 is different from the probe mounting portion 17 of the first method described above in that the reference hole 45a is formed at the tip, but like the first method, the center of the lower surface of the probe mounting portion 45 is the correction reference. It is point 45b. The reference gauge 20 is the same as in the first method. However, FIG. 6 is simply expressed in the XZ two-dimensional manner as in FIG. 5, and the direction perpendicular to the paper surface is the Y-axis direction. Therefore, illustration of values in the Y-axis direction described below is also omitted.
【００１７】この状態から、まず、プローブ取付部４５
の基準穴４５ａを基準球２２に当接し、そのときの補正
基準点Ｘ軸座標値Ｘｅ、補正基準点Ｙ軸座標値Ｙｅ及び
補正基準点Ｚ軸座標値Ｚｅを求める（図６の左側）。基
準穴４５ａを基準球２２に当接したときプローブ取付部
４５の下面と基準球２２の中心２２ａとの距離Ｑは既知
であるので、この結果、基準球Ｘ軸座標値Ｎｘ、基準球
Ｙ軸座標値Ｎｙ及び基準球Ｚ軸座標値Ｎｚは次の式から
算出される。 Ｎｘ＝Ｘｅ ……（１１） Ｎｙ＝Ｙｅ ……（１２） Ｎｚ＝Ｚｅ＋Ｑ ……（１３）From this state, first, the probe mounting portion 45
The reference hole 45a of the above is brought into contact with the reference sphere 22, and the correction reference point X-axis coordinate value Xe, the correction reference point Y-axis coordinate value Ye and the correction reference point Z-axis coordinate value Ze at that time are obtained (left side of FIG. 6). Since the distance Q between the lower surface of the probe mounting portion 45 and the center 22a of the reference sphere 22 when the reference hole 45a is brought into contact with the reference sphere 22 is known, as a result, the reference sphere X-axis coordinate value Nx and the reference sphere Y-axis are obtained. The coordinate value Ny and the reference sphere Z-axis coordinate value Nz are calculated from the following equations. Nx = Xe (11) Ny = Ye (12) Nz = Ze + Q (13)
【００１８】この後、ワーク測定に使用するプローブ１
８を取り付けて基準球２２を４点以上測定し、プローブ
原点位置における補正基準点Ｘ軸座標値Ｘｆ、補正基準
点Ｙ軸座標値Ｙｆ及び補正基準点Ｚ軸座標値Ｚｆを求め
る（図６の右側）。After this, the probe 1 used for measuring the workpiece
8 is attached and the reference sphere 22 is measured at four or more points, and the correction reference point X-axis coordinate value Xf, the correction reference point Y-axis coordinate value Yf, and the correction reference point Z-axis coordinate value Zf at the probe origin position are obtained (see FIG. 6). Right side).
【００１９】この結果、補正基準点４５ｂに対するプロ
ーブ１８の測定子先端球の中心１８ａの位置ベクトルの
Ｘ軸方向成分Ｅｘ、Ｙ軸方向成分Ｅｙ及びＺ軸方向成分
Ｅｚは、先ほど算出した基準球Ｘ軸座標値Ｎｘ、基準球
Ｙ軸座標値Ｎｙ及び基準球Ｚ軸座標値Ｎｚを用いて次の
式から算出される。 Ｅｘ＝Ｎｘ−Ｘｆ ……（１４） Ｅｙ＝Ｎｙ−Ｙｆ ……（１５） Ｅｚ＝Ｎｚ−Ｚｆ ……（１６）As a result, the X-axis direction component Ex, the Y-axis direction component Ey, and the Z-axis direction component Ez of the position vector of the center 18a of the probe tip sphere of the probe 18 with respect to the correction reference point 45b are the reference sphere X calculated previously. It is calculated from the following equation using the axis coordinate value Nx, the reference sphere Y axis coordinate value Ny, and the reference sphere Z axis coordinate value Nz. Ex = Nx-Xf (14) Ey = Ny-Yf (15) Ez = Nz-Zf (16)
【００２０】また、これらの方法の他に、作業者がプロ
ーブ位置ベクトルを個別に測定して外部入力部から入力
する方法もある。In addition to these methods, there is also a method in which the operator individually measures the probe position vector and inputs it from the external input section.
【００２１】[0021]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１及
び第２の方法では、絶対原点１９から基準球２２の中心
２２ａまでの距離（基準球座標値）を算出する必要があ
り、これを記憶するデータ処理装置の電源を入れ直すた
びに設定しなければならない。この場合、第１の方法で
は、取付面から測定子先端球の中心４１ａまでの長さＰ
が既知のプローブ４１をこの目的のために用意する必要
がある。However, in the first and second methods, it is necessary to calculate the distance (reference sphere coordinate value) from the absolute origin 19 to the center 22a of the reference sphere 22, and this is stored. Must be set each time the data processor is cycled. In this case, in the first method, the length P from the attachment surface to the center 41a of the probe tip sphere P
A known probe 41 must be prepared for this purpose.
【００２２】また、第２の方法では、プローブ１８を取
り外す必要があるため、データ処理装置の電源を入れ直
すたびにプローブ取付姿勢が変化するおそれがある。In the second method, since the probe 18 needs to be removed, the probe mounting posture may change every time the power of the data processing device is turned on again.
【００２３】さらに、作業者が外部入力部から入力する
方法では、プローブ位置ベクトルを測定することが容易
でないとともに、入力ミスを起こしやすいという問題が
ある。特に、３軸方向やその＋−符号を間違えると、補
正することによってワークの測定値がかえって悪化して
しまうことになる。いずれの方法でも、プローブ交換や
数値入力等の手動作業が必要であり、作業者の介在を要
するため、時間がかかるという問題がある。Further, in the method in which the operator inputs from the external input section, there are problems that it is not easy to measure the probe position vector and that an input error is likely to occur. In particular, if the three-axis direction or its +/- sign is wrong, the measured value of the work will rather deteriorate due to the correction. Either method requires manual work such as probe replacement and numerical input, and requires the intervention of an operator, so that there is a problem that it takes time.
【００２４】本発明はこのような事情を鑑みてなされた
もので、三次元座標測定機の運動精度の回転角度誤差補
正において、プローブ交換等が不要で、プローブ位置ベ
クトルを容易に短時間で求めることができるプローブ位
置ベクトル算出装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such circumstances, and in the correction of the rotation angle error of the motion accuracy of the three-dimensional coordinate measuring machine, probe replacement is not necessary and the probe position vector can be easily obtained in a short time. An object of the present invention is to provide a probe position vector calculation device capable of performing the above.
【００２５】[0025]
【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するために、三次元座標測定機の回転角度誤差補正に
おけるプローブ位置ベクトル算出装置を次のように構成
する。 （イ）互いに直交する３軸方向にプローブ１８を移動自
在に支持してワークの形状寸法を測定するとともに、３
軸方向の回転角度誤差補正機能を有し、さらに、座標値
の絶対原点１９を備えた三次元座標測定機１０のテーブ
ル１２に、絶対原点１９からの座標値が既知のメネジ１
２ａを設ける。 （ロ）取付台２１に基準球２２を固着するとともに、基
準球２２のほぼ真下にテーブル１２への取付ネジを設け
た基準ゲージ２０を、テーブル１２上面でメネジ１２ａ
に固定する。取付台２１のテーブル取付面から基準球２
２の中心２２ａの高さ（以下、単に「基準球中心高さ」
という）Ｈは既知である。 （ハ）三次元座標測定機１０のプローブ取付部１７にワ
ーク測定に使用するプローブ１８を取り付ける。プロー
ブ１８の測定子の先端は球形である。 （ニ）データ処理装置で、 絶対原点１９からのメネジ１２ａの座標値 絶対原点１９からのテーブル１２上面の座標値 基準球中心高さＨ を記憶するとともに、これらの値とプローブ１８で基準
球２２を４点以上測定したときの測定値から、プローブ
取付部１７の補正基準点１７ａに対するプローブ１８の
測定子先端球の中心の位置ベクトルを算出する。In order to achieve the above object, the present invention comprises a probe position vector calculating device for correcting a rotation angle error of a three-dimensional coordinate measuring machine as follows. (A) The probe 18 is movably supported in the directions of three axes that are orthogonal to each other to measure the shape and size of the work, and
The table 12 of the three-dimensional coordinate measuring machine 10 which has the function of correcting the rotational angle error in the axial direction and further has the absolute origin 19 of the coordinate value is stored in the table 12 of the female screw 1 whose coordinate value from the absolute origin 19 is known.
2a is provided. (B) The reference sphere 22 is fixed to the mounting base 21, and the reference gauge 20 provided with a mounting screw for the table 12 is provided just below the reference sphere 22.
Fixed to. From the table mounting surface of the mounting base 21 to the reference ball 2
Height of the center 22a of 2 (hereinafter, simply referred to as "reference sphere center height")
H) is known. (C) The probe 18 used for measuring the work is attached to the probe attachment portion 17 of the three-dimensional coordinate measuring machine 10. The tip of the probe of the probe 18 is spherical. (D) The data processing device stores the coordinate value of the female screw 12a from the absolute origin 19, the coordinate value of the upper surface of the table 12 from the absolute origin 19, and the reference sphere center height H, and these values and the reference sphere 22 by the probe 18. The position vector of the center of the probe tip sphere of the probe 18 with respect to the correction reference point 17a of the probe mounting portion 17 is calculated from the measurement values obtained when four or more points are measured.
【００２６】[0026]
【作用】本発明によれば、基準ゲージ２０を取り付ける
テーブル１２上面とメネジ１２ａの位置が特定され、基
準球２２のほぼ真下にテーブル１２への取付ネジが設け
られているとともに、基準球中心高さＨが既知であるの
で、基準ゲージ２０をテーブル１２上面でメネジ１２ａ
の位置に取り付けると、基準球２２の中心２２ａの絶対
原点１９からの座標値が特定される。したがって、これ
らの値をデータ処理装置に記憶しておけば、ワーク測定
に使用するプローブ１８で基準球２２を４点以上測定す
るだけで、プローブ１８のプローブ位置ベクトルを算出
することができる。According to the present invention, the position of the upper surface of the table 12 to which the reference gauge 20 is attached and the position of the female screw 12a are specified, the attaching screw to the table 12 is provided almost directly below the reference sphere 22, and the center height of the reference sphere is set. Since the height H is known, the reference gauge 20 is attached to the upper surface of the table 12 by the female screw 12a.
When it is attached at the position of, the coordinate value of the center 22a of the reference sphere 22 from the absolute origin 19 is specified. Therefore, if these values are stored in the data processing device, the probe position vector of the probe 18 can be calculated only by measuring four or more reference spheres 22 with the probe 18 used for workpiece measurement.
【００２７】[0027]
【実施例】図１に本発明に係るプローブ位置ベクトル算
出方法の実施例の説明図を示す。図１は従来の技術で説
明した例と同様に簡易的にＸＺ２次元で表しており、紙
面と直角方向がＹ軸方向となる。したがって、以下に記
述するＹ軸方向の値についても図示を省略している。図
１において、従来の技術で説明した第１の方法と同様
に、Ｚスピンドル１６下端にプローブ取付部１７が固着
され、プローブ取付部１７の下面の中央が補正基準点１
７ａになっている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 shows an explanatory view of an embodiment of a probe position vector calculating method according to the present invention. Similar to the example described in the related art, FIG. 1 is simply expressed in the XZ two-dimensional form, and the direction perpendicular to the paper surface is the Y-axis direction. Therefore, illustration of values in the Y-axis direction described below is also omitted. In FIG. 1, similarly to the first method described in the related art, the probe mounting portion 17 is fixed to the lower end of the Z spindle 16, and the center of the lower surface of the probe mounting portion 17 is the correction reference point 1.
7a.
【００２８】また、略コの字形の取付台２１の上部に基
準球２２が固着されて構成された基準ゲージ２０が、ボ
ルト２３でテーブル１２に固定されているが、ボルト２
３を通す取付台２１の下面の取付穴２１ａは、基準球２
２のほぼ真下に位置している。基準球中心高さＨは既知
である。Further, the reference gauge 20 constituted by the reference sphere 22 fixed to the upper portion of the substantially U-shaped mount 21 is fixed to the table 12 by the bolt 23.
The mounting hole 21a on the lower surface of the mounting base 21 through which the reference numeral 3 passes
It is located just below 2. The reference ball center height H is known.
【００２９】さらに、基準ゲージ２０を固定するテーブ
ル１２のメネジ１２ａはワークを固定する他のメネジの
中から特定してあり、三次元座標測定機１０の絶対原点
１９からのメネジ１２ａの座標値（ＸＹ軸方向）及びテ
ーブル１２の上面の座標値（Ｚ軸方向）があらかじめデ
ータ処理装置（図示省略）に記憶されている。したがっ
て、この状態から、すぐにワーク測定に使用するプロー
ブを取り付け基準球２２を４点以上測定することによっ
て、プローブ位置ベクトルが算出できる。Further, the female screw 12a of the table 12 for fixing the reference gauge 20 is specified from other female screws for fixing the work, and the coordinate value of the female screw 12a from the absolute origin 19 of the three-dimensional coordinate measuring machine 10 ( The XY axis directions) and the coordinate values of the upper surface of the table 12 (Z axis directions) are stored in advance in a data processing device (not shown). Therefore, from this state, the probe position vector can be calculated by immediately attaching the probe used for the workpiece measurement and measuring the reference sphere 22 at four or more points.
【００３０】すなわち、図１において、絶対原点１９か
らのメネジ１２ａのＸ軸座標値（以下、単に「メネジＸ
軸座標値」という）をＬｘ、Ｙ軸座標値（以下、単に
「メネジＹ軸座標値」という）をＬｙ、Ｚ軸座標値（以
下、単に「テーブルＺ軸座標値」という）をＬｚ、プロ
ーブ原点位置における補正基準点Ｘ軸座標値をＸａ、補
正基準点Ｙ軸座標値をＹａ及び補正基準点Ｚ軸座標値を
Ｚａとすると、補正基準点１７ａに対するプローブ１８
の測定子先端球の中心１８ａの位置ベクトルのＸ軸方向
成分Ａｘ、Ｙ軸方向成分Ａｙ及びＺ軸方向成分Ａｚは、
次の式から算出される。 Ａｘ＝Ｌｘ−Ｘａ ……（１７） Ａｙ＝Ｌｙ−Ｙａ ……（１８） Ａｚ＝Ｌｚ−Ｚａ−Ｈ……（１９）That is, in FIG. 1, the X-axis coordinate value of the female screw 12a from the absolute origin 19 (hereinafter simply referred to as "female screw X").
The axis coordinate value is referred to as "Lx", the Y axis coordinate value (hereinafter referred to simply as "female Y-axis coordinate value") is referred to as Ly, the Z axis coordinate value (hereinafter referred to as "table Z axis coordinate value") is referred to as Lz, and the probe is used. When the correction reference point X-axis coordinate value at the origin position is Xa, the correction reference point Y-axis coordinate value is Ya, and the correction reference point Z-axis coordinate value is Za, the probe 18 for the correction reference point 17a is shown.
The X-axis direction component Ax, the Y-axis direction component Ay, and the Z-axis direction component Az of the position vector of the center 18a of the probe tip sphere are
It is calculated from the following formula. Ax = Lx-Xa (17) Ay = Ly-Ya (18) Az = Lz-Za-H (19)
【００３１】この場合、基準ゲージ２０の取付穴２１ａ
が基準球２２のほぼ真下にあるので、基準ゲージ２０を
どのような方向に向けてもテーブル１２の特定のメネジ
１２ａに対して、基準球２２の位置が特定される。In this case, the mounting hole 21a of the reference gauge 20
Is almost directly below the reference sphere 22, the position of the reference sphere 22 is specified with respect to the specific female screw 12a of the table 12 in any direction of the reference gauge 20.
【００３２】したがって、基準ゲージ２０の代わりに、
図２に示すように軸状の取付台２６に基準球２２が固着
され、取付台２６に形成されたネジ２６ａでテーブル１
２に固定する基準ゲージ２５としてもよい。また、テー
ブル１２の特定のメネジ１２ａに対して、基準球２２の
位置が特定される形状であれば他の基準ゲージでもよい
し、別に位置決め治具を併用して特定する形式の基準ゲ
ージでも、本発明は適用できる。Therefore, instead of the reference gauge 20,
As shown in FIG. 2, the reference sphere 22 is fixed to the shaft-shaped mounting base 26, and the table 1 is attached by the screw 26 a formed on the mounting base 26.
The reference gauge 25 fixed to 2 may be used. Further, as long as the position of the reference sphere 22 is specified with respect to the specific female screw 12a of the table 12, another reference gauge may be used, or a reference gauge of a type in which a positioning jig is also specified separately is used. The present invention can be applied.
【００３３】なお、一般的に回転角度誤差は微小である
から基準球２２の中心２２ａの座標値の精度は数ｍｍ程
度で充分であるので、取付穴２１ａとメネジ１２ａの隙
間は普通許容差でよい。同様に、メネジＸ軸座標値Ｌ
ｘ、メネジＹ軸座標値Ｌｙ及びテーブルＺ軸座標値Ｌｚ
をデータ処理装置に入力する場合は、正確に測定する必
要がなく、三次元座標測定機１０の設計値で十分であ
る。Since the rotation angle error is generally small, the accuracy of the coordinate value of the center 22a of the reference sphere 22 is about several mm, so the clearance between the mounting hole 21a and the female screw 12a is usually a tolerance. Good. Similarly, female screw X-axis coordinate value L
x, female screw Y-axis coordinate value Ly and table Z-axis coordinate value Lz
Is input to the data processing device, it is not necessary to perform accurate measurement, and the design value of the three-dimensional coordinate measuring machine 10 is sufficient.
【００３４】なお、実施例ではブリッジ移動形でモータ
駆動の三次元座標測定機１０について説明したが、絶対
原点１９を備えていれば、他の構造形式の三次元座標測
定機でも、手動駆動式の三次元座標測定機についても本
発明は適用できる。In the embodiment, the bridge-moving type three-dimensional coordinate measuring machine 10 driven by a motor has been described. However, if the absolute origin 19 is provided, a three-dimensional coordinate measuring machine of another structural type can be manually driven. The present invention can be applied to the three-dimensional coordinate measuring machine.
【００３５】[0035]
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る三次元
座標測定機の回転角度誤差補正におけるプローブ位置ベ
クトル算出装置によれば、基準ゲージ２０を取り付ける
テーブル１２上面とメネジ１２ａの位置が特定され、基
準球２２のほぼ真下にテーブル１２への取付ネジが設け
られているとともに、基準球中心高さＨが既知であるの
で、基準ゲージ２０をテーブル１２上面でメネジ１２ａ
の位置に取り付けると、絶対原点１９からの基準球２２
の中心２２ａの座標値が特定される。これによって、こ
れらの値をデータ処理装置に記憶しておくことによっ
て、ワーク測定に使用するプローブ１８で基準球２２を
４点以上測定するだけで、プローブ１８のプローブ位置
ベクトルを算出することができる。As described above, according to the probe position vector calculating device for correcting the rotation angle error of the three-dimensional coordinate measuring machine according to the present invention, the positions of the upper surface of the table 12 to which the reference gauge 20 is attached and the female screw 12a are specified. Since a mounting screw for the table 12 is provided almost directly below the reference sphere 22 and the center height H of the reference sphere is known, the reference gauge 20 is attached to the female screw 12a on the upper surface of the table 12.
When installed at the position of, the reference sphere 22 from the absolute origin 19
The coordinate value of the center 22a of is specified. As a result, by storing these values in the data processing device, the probe position vector of the probe 18 can be calculated only by measuring the reference sphere 22 at four or more points with the probe 18 used for workpiece measurement. .
【００３６】したがって、プローブ位置ベクトルが既知
のプローブで基準球２２を測定したり、プローブを取り
外してプローブ取付部４５を基準球２２に当接して、絶
対原点１９からの基準球２２の中心２２ａの座標値を求
める必要がなく、プローブ位置ベクトルを容易に短時間
で求めることができるプローブ位置ベクトル算出装置を
提供することができる。Therefore, the reference sphere 22 is measured with a probe having a known probe position vector, or the probe is detached and the probe mounting portion 45 is brought into contact with the reference sphere 22 so that the center 22a of the reference sphere 22 from the absolute origin 19 is detected. It is possible to provide a probe position vector calculation device that can easily calculate a probe position vector in a short time without having to calculate coordinate values.
【図１】本発明に係るプローブ位置ベクトル算出方法の
実施例の説明図FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of a probe position vector calculation method according to the present invention.
【図２】本発明に係る別の基準ゲージの図FIG. 2 is a diagram of another reference gauge according to the present invention.
【図３】三次元座標測定機の一例の斜視図FIG. 3 is a perspective view of an example of a three-dimensional coordinate measuring machine.
【図４】回転角度誤差補正を説明する図FIG. 4 is a diagram illustrating rotation angle error correction.
【図５】従来のプローブ位置ベクトル算出の第１の方法
の説明図FIG. 5 is an explanatory diagram of a first method for calculating a conventional probe position vector.
【図６】従来のプローブ位置ベクトル算出の第２の方法
の説明図FIG. 6 is an explanatory view of a second conventional method for calculating a probe position vector.
１２……テーブル １２ａ…メネジ １６……Ｚスピンドル １７……プローブ取付部 １７ａ…補正基準点 １８……プローブ １８ａ…測定子先端球の中心 １９……絶対原点 ２０……基準ゲージ ２１……取付台 ２１ａ…取付穴 ２２……基準球 ２２ａ…基準球の中心 ２３……ボルト Ｌｘ……メネジＸ軸座標値 Ｌｚ……テーブルＺ軸座標値 Ｈ………基準球中心高さ 12 ... table 12a ... female screw 16 ... Z spindle 17 ... probe mounting part 17a ... correction reference point 18 ... probe 18a ... center of probe tip ball 19 ... absolute origin 20 ... reference gauge 21 ... mounting base 21a ... Mounting hole 22 ... Reference sphere 22a ... Center of reference sphere 23 ... Bolt Lx ... Female screw X-axis coordinate value Lz ... Table Z-axis coordinate value H ...
Claims (1)
自在に支持してワークの形状寸法を測定するとともに、
３軸方向の回転角度誤差補正機能を有し、さらに、座標
値の絶対原点を備えた三次元座標測定機と、 前記三次元座標測定機のテーブルに設けられ、前記絶対
原点からの座標値が既知のメネジと、 取付台に基準球が固着されて構成され、該取付台の前記
テーブル取付面からの該基準球の中心高さが既知である
とともに、該取付台の前記テーブルへの取付ネジが該基
準球のほぼ真下に設けられ、前記テーブル上面で前記メ
ネジに固定された基準ゲージと、 前記三次元座標測定機のプローブ取付部に取り付けら
れ、先端が球形の測定子を有し、ワーク測定に使用する
前記プローブと、 前記絶対原点からの前記メネジの座標値及び前記絶対原
点からの前記テーブル上面の座標値並びに前記テーブル
上面からの前記基準球の中心高さを記憶するとととも
に、これらの値と前記プローブで前記基準球を少なくと
も４点測定したときの測定値から、前記プローブ取付部
の補正基準点に対する前記測定子の先端球の中心の位置
ベクトルを算出するデータ処理装置と、 から構成されたことを特徴とする三次元座標測定機の回
転角度誤差補正におけるプローブ位置ベクトル算出装
置。1. A probe is movably supported in three axial directions orthogonal to each other to measure the shape and size of a work, and
A three-dimensional coordinate measuring machine having a rotation angle error correction function in the three-axis directions and further provided with an absolute origin of coordinate values, and a coordinate value from the absolute origin provided on the table of the three-dimensional coordinate measuring machine. A known female screw and a reference sphere fixed to a mounting base. The center height of the reference sphere from the table mounting surface of the mounting base is known, and the mounting screw of the mounting base to the table is also known. Is provided almost directly below the reference sphere, a reference gauge fixed to the female screw on the table upper surface, and attached to the probe attachment portion of the three-dimensional coordinate measuring machine, the tip has a spherical probe, the workpiece With the probe used for measurement, storing the coordinate value of the female screw from the absolute origin, the coordinate value of the table upper surface from the absolute origin, and the center height of the reference sphere from the table upper surface. Data processing for calculating the position vector of the center of the tip sphere of the probe with respect to the correction reference point of the probe mounting portion from these values and the measured values when the reference sphere is measured at least four points with the probe. An apparatus for calculating a probe position vector for correcting a rotation angle error of a three-dimensional coordinate measuring machine, comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4236395A JPH08210837A (en) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | Probe position vector computing device in correction of rotary angle error of three dimensional coordinate measuring apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4236395A JPH08210837A (en) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | Probe position vector computing device in correction of rotary angle error of three dimensional coordinate measuring apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08210837A true JPH08210837A (en) | 1996-08-20 |
Family
ID=12633962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4236395A Pending JPH08210837A (en) | 1995-02-07 | 1995-02-07 | Probe position vector computing device in correction of rotary angle error of three dimensional coordinate measuring apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08210837A (en) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100451847B1 (en) * | 2002-07-13 | 2004-10-08 | 현대모비스 주식회사 | position correction apparatus for x-y-z axial measuring machine |
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| CN114136212A (en) * | 2021-11-30 | 2022-03-04 | 问好 | Method for calibrating light emitting direction of point laser measuring head of three-coordinate measuring machine |
-
1995
- 1995-02-07 JP JP4236395A patent/JPH08210837A/en active Pending
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