JPH02128101A

JPH02128101A - 座標測定装置のための検査体

Info

Publication number: JPH02128101A
Application number: JP1252492A
Authority: JP
Inventors: Rudolf Zeller; ルードルフ・ツエラー; Joachim Neumann; ヨアヒム・ノイマン
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Priority date: 1988-10-03
Filing date: 1989-09-29
Publication date: 1990-05-16
Also published as: EP0362626A3; US4962591A; DE58903515D1; EP0362626B1; EP0362626A2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、一平面内に存在する多数の球を有するプレー
トの形状の、座標測定装置及び処理機械のための検査体
に関する。

〔従来の技術〕

座標測定装置を検査するために今日では一般に、種種異
なる方向で、例えば座標測定装置の測定軸線に対して平
行に又は対角線方向で測定範囲内に設置される段階的な
ゲージブロックが用いられる。製造業者による座標測定
装置の検査中だけでなく、使用者自身によって規則的な
時間毎に行われる検査は、時間的なロスが非常に大きい
。しかも段階的なゲージブロックによる検査は、測定装
置のエラーに関して常に座標の一方向の情報しか提供し
ない。またすべての検査手順は前述のように非常に長く
かかるので、変化する温度が測定精度に影響を及ぼす危
険性がある。

プレートによって座標測定装置を検査しようとする提案
は既になされている。例えばＵＳ−ＰＳ４３６４１８２
号明細書には、三次元分割された球を有するプレートが
開示されている。

しかしながらこのような形式の検査体は十分な自己安定
性を有していないので、疎開の間隔が容易に変化する。

従って、検査体自体をしばしば再ゲージ合わせする必要
がある。

雑誌“テヒニツシエス　メツセン（Ｔｅｃｈｎ　１ｓｃ
−ｈａｓ　Ｍａｓｓｅｎ）”第５１巻、ｌ’９８４午度
、３号８３〜９５ページには、種種異なる形式の検査体
が記載されており、平らな孔付きプレート及び平らなプ
レートも公知である。この公知の平らなプレートにおい
ては、球は円筒形のロンドを介して、すべての球が同一
平面上に来るように平らな支持体の表面上に載せられる
。このようなゲージ合わせされた検査体は多数の位置、
検査しようとする座標測定装置の測定範囲内で例えば傾
斜して配置される。

この公知の検査体も限定的な安定性しか有していない。

しかもこの検査体は比較的重く、その上に固定された球
は一方側からしか取り付けることができないという欠点
がある。

また、段階的な終端ブロック、プレート及び孔付きプレ
ート等の前記検査体は、ゲージ合わせしなければならな
い。これは、例えば工業物理学的な連邦研究所等の専門
のゲージ合わせを行う所でのみ可能である。従って規則
的な一定の時間毎に行われる再ゲージ合わせは比較的高
い時間的な及び費用的なコストを必要とする。

〔発明の課題〕

そこで本発明の課題は、安定性ができるだけ長時間維持
され操作が容易で、必要な精度検査、つまり座標測定装
置の長さ測定不正確さ、走査不確実さ及び測定軸線の真
直角度の検査に無条件に適した検査体を提供することで
ある。

〔課題を解決するための手段〕

この課題を解決した本発明によれば、−平面に位置する
多数の球を有するプレートの形状の検査体から出発して
、プレートが前記平面を基準として左右対称に構成され
ており、前記球が、前記プレートの一つ又はそれ以上の
切欠内に固定されているか、若しくはプレートの左右対
称面内でプレートの縁部に当接しつつ固定されている。

〔作用及び効果〕

球はプレートの左右対称平面内、つまりプレートの中立
線に配置されていて、左右対称の構造を有しているので
、検査体は非常に高い固有安定性を有している。しかも
、設置時におけるプレートの、例えばその自重に基づく
変形が球の間隔に与える影響は非常に小さい。

このようなプレートは長時間に亙る安定性を有している
ので、再ゲージ合わせは比較的長い時間間隔で行えば良
い。また再ゲージ合わせは後述されているように非常に
簡単にしかも迅速に行うことができる。

再ゲージ合わせを行うためには、検査体を逆転測定法に
従って、座標測定装置の有利には９０°回転せしめられ
ｔ−２つの位置で測定し、同シ装置においてゲージブロ
ックの長さを一度規定するだけでよい。この方法は、１
９８６年４月２日〜４日、ウィーン工業大学（Ｔｅｃｂ
ｎ　１ｓｃｈｅＵｎｉｖｅｒｓｉＬｊＬｔ　Ｗｉｅｎ）
の国際会議議事録、Ｈ，Ｋｕｎ−ｚｎ＋ａｎｎ及びＦ、
　Ｗｊｉｌｄｅｌｅによる論文：座標測定装置の測定技
術特性を検出するための２次元検査体（Ｚｗｅｉｄｉｍ
ｅｎｓｉｏｎａｌｅ　Ｐｒｕｆｋ６ｐｅｒ　ｚｕｒ　Ｅ
ｒｍｉｔｔｌｕｎｇ　ｄｅｒ　ｍｅＪｔｅｃｈｎｉｓｃ
ｈｅｎ　Ｅｉｇｅｎｓｃｈａｆｔｅｎ　ｖｏｎＫｏｏｒ
ｄｉｎａｔｅｎ＋ｎｅメｇｅｒｉｔｅｎ）に記載されて
いる。

この方法は、その自動ゲージ合わせ特性に基づいて、測
定不正確さが検査体によってこれから測定される座標測
定装置で行うことができるという利点を有している。従
ってこのゲージ合わせ法は、製造業者のサービスマンを
必要とせずに、現場で座標測定装置の操作員自身によっ
ても行うことができる。

球が検査体を両側から走査できるように固定されていれ
ば、検査体によって、例えば座標測定装置の直角な芯押
し棒の回転角度誤差も検出するこができる。

多数の球が外方向に突出する支持体でプレートの縁部に
取り付けられていれば有利である。

プレート自身は小さく維持され、自重は軽いので、容易
に操作することができる。

また、プレートが例えばアルミニウム薄板より成る保護
カバーを備えていれば有利である。

このような保護カバーは検査中に球がぶつからないよう
に球を保護する。そうでなければ球がぶつかって、再ゲ
ージ合わせが必要になる。

またプレートに付加的にゲージリングを設けると有利で
ある。このゲージリングは、測定を行う走査ヘッドを備
えた座標測定装置におけるいわゆるスキャニング−測定
不正確さの検査を可能にする。

〔実施例〕

次に図面に示した実施例について本発明の構成を具体的
に説明する。

第１ａ図及び第２ａ図に示された検査体は方形の支持プ
レートｌを備えており、該支持プレートｌは中央で同様
に方形の切欠２を有している。支持プレートｌは、アン
バー（Ｉｎａｒ）又はゼロデュール（Ｚｅｒｏｄｕｒ）
等の熱膨張係数の小さい材料より成っており、これによ
って検査体の寸法は周囲の温度の影響をほとんど受ける
ことなく維持される。

第１の球３ａは切欠２の内側の縁部から出発して円錐形
の支持脚４ａを介在させて、この第１の球３ａの中心点
が支持グレートｌの左右対称中心線と重なるように支持
プレートｌに固定されている。支持プレートｌの面取り
されたコーナーに設けられた、対角線方向に向けられた
支持脚４ｂ、４ｄ、４ｇ、４ｉにはさらに４つの球３ｂ
、３ｄ、３ｇ、３ｉが固定されているこれらの球は方形
を形成している。この方形の４つの側面には同様に４つ
の球３ｃ、３ｅ。

３ｆ、３ｈが、斜め外向きに突出する支持脚４ｃ、４ｆ
、４ｅ、４ｈに固定されている。

検査体の材料として一般的である例えば酸化アルミニウ
ム等のセラミック材料より成る前記すべての球は、第１
ａ図では符号Ｓで示された、支持プレートｌの左右対称
平面に配置されている。

支持プレートｌの４つのコーナーには４つの円形の切欠
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄが設けられている。これら４つ
の切欠のうちの一つ６ａにはゲージリングが挿入されて
いる。このゲージリングは、測定を行う走査ヘッドを備
えた座標測定装置のいわゆるスキャニング−測定不正確
さを検査する。

支持プレートｌの一方側にはそれぞれ３つの支持脚５ａ
、５ｂ、５ｃがねじこまれている。

これらの支持脚によって検査体は座標測定装置の測定テ
ーブル上に平らに載せられる。

支持プレートｌは付加的に、他方側で支持脚５ａの延長
部に別の支持脚５ｄと、端面側から突出する支持脚５ｅ
とを有している。この付加的な支持脚５ｄ、５ｅによっ
て検査体は第１ａ図及び第１ｂ図に示されているように
座標測定装置のテーブル上に直角に載せられる。この場
合、支持脚５ａ、５ｂは支持台ｌＯの２つの支柱１０ａ
、ＩＱｂのＶ字状の溝内にある。

球３がぶつからないように保護するために、検査体は第
３ａ図及び第３ｂ図に示されているようにアルミニウム
薄板より成る保護カバー８を備えている。この保護カバ
ー８は支持脚に固定されており、互いに向き合う２つの
プレート半部より成っている。これら２つのプレート半
部は、リプによって互いに接続され、補強されており、
プレートｌの周囲を越えて球を衝突に対して保護する程
度に突出している。

球の範囲ではプレート半部が半円形の切欠を備えており
、これによって球は走査するために接近し易くなってい
る。

前記検査体を座標測定装置の不正確さを測定するために
設置するためには、検査体をあらかじめゲージ合わせし
なければならない。このゲージ合わせ手順を第４図に関
連して詳しく述べる。

まず検査体１１つまり支持プレートを座標測定装置の測
定範囲内で、例えばこの検査体ｌの側面ラインが座標測
定装置の測定軸線に対してほぼ平行に延びるように配置
する。このために検査体ｌは支持脚５ａ、５ｂ、５ｃで
測定テーブル上に平らに載せられる。この座標測定装置
は測定精度に関してあらかじめ検査されたものである必
要はない。検査体をゲージ合わせするためにはむしろ、
その測定不正確さをまだ検査していない座標測定装置が
使用される。この座標装置装置の測定不正確さはゲージ
合わせ過程後に検査体によって測定される。これは後述
する測定方法の自動ゲージ合わせ特性に基づいて可能で
ある。比較測定、つまり、検査体が一方では高精度の座
標測定装置でゲージ合わせされ、他方では、１２μｍよ
りも大きい測定不正確さを有していて所定の公差を越え
ている座標測定装置でゲージ合わせされる比較測定にお
いて、１μｍの誤差範囲内で検査体のための−様なゲー
ジ合わせデータが得られる。

第４図においては検査体ｌは、球３ａ、３ｉによって規
定された側面ラインが測定軸線（Ｘ）に対してほぼ平行
に延びるように、座標測定装置の測定範囲内に配置され
ている。同様にこの測定軸線（ｘ）に対して平行に、符
号７で示されたゲージブロックが装置の測定範囲内に配
置されている。

図示の位置では、検査体のすべての新たな球３ａ、３ｂ
、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ。

３ｈ、３ｉの中心点の座標が測定される。

次いで検査体ｌが面垂線を中心にして９０゜旋回せしめ
られる。この位置ですべての球の座標が測定される。次
いで、座標測定装置の、ゲージ合わせプログラムが記憶
されているコンピュータが、２つの位置で測定された記
憶の間隔又は中間位置の平均値を計算する。

この平均値計算のためにはもちろん、測定装置の機械座
標系で得られた測定値ではなく、検査体の座標系に伝達
された値が用いられる。このために必要な座標変換は３
段階で次のように行われる。まず、新たな球中心点に最
適に合致せしめられた平面が規定され、次いでこの平面
の回転位置が、例えば球３ｂ、３ｃ、３ｄ若しくは３ｅ
、３ａ、３ｆ又は３ｇ、３ｈ、３ｉによる３角形に最適
に合致せしめられた３つの直線のうちの一つか、あるい
はこれら３つの直線の平均値によって規定される。次い
で座標系のゼロ点が、設定に応じて検査体の新たな球中
心点の重心点に規定される。こうして同様形式で、すべ
ての新たな球が検査体の比較座標系の形成のために利用
される。

この転換測定に従って、Ｘ−測定軸線及びｙ−測定軸線
によって測定され表示された長さ（ＬＡｘ及びＬ　Ａ　
ｙ　）が平均化される。つまり、この平均値（ＬＡＭ）
に２つの測定軸線（ｘ。

ｙ）の測定誤差が含まれる。また真直角度に対するずれ
も検出される。

最後にゲージブロック７の長さが測定されるこのために
検査体ｌは座標測定装置の測定テブルから離されていて
、ゲージブロック７は、検査体の球３ｇ、３ｉが存在す
る箇所に緊締される。実際のゲージブロック長さ（Ｅ）
と表示されたゲージブロック長さ（ＥＡ）とから修正フ
ァクターが計算される。

次いで、測定された疎開隔、例えば球３ｇ及び３ｉの中
心点間の長さ（Ｌｌ　）がゲージブロック７の長さと比
較される。長さ（Ｌｌ）とゲージブロック（Ｅ）とがほ
ぼ同じ長さを有している場合は、得られた修正ファクタ
ー（Ｋｌ）は、表示された長さ（ＬＡ）を修正するため
にも使用される。従って実際の長さ（Ｌｌ）は次の式に
よって得られる。

Ｌｌ　−Ｋｌ　　・Ｌ　Ａ（３）この式に修正ファクター（Ｋ）を代入して、この修正フ
ァクター（Ｋ）に、長さ（ＬＭ）の実際の平均値を得る
ために、９０°回転せしめられた２つの位置によって平
均化され表示された長さ（ＬＡＭ）が乗算される。

ＬＭ−に−ＬＡＫ　　　　　　　（４）さらに疎開隔（
３ｇ／３ｉ）の実際の平均値（ＬＭ）は、ゲージブロッ
クに対して平行な一方の位置で確認された、ゲージブロ
ック接続線を介して修正された実際の長さ（Ｌｌ）と同
じである。

Ｌ　Ｍ　＝　Ｌ　、　　　　　　　　　　　　　　　（
５）この操作式及び規定式（４）から前記式（３）に関
連して次の式が得られる。

Ｋ−Ｌ　　Ｍ＝に１　　・ＬＡ　　　（６）この式に前
記式（２）を代入すると修正ファクター（Ｋ）が得られ
る。

これによって、検査体１の２つの位置から得られた、修
正ファクター（Ｋ）を有する各長さの平均値（ＬＭ）を
乗算することによって、検査体ｌの９つの球のうちの任
意の疎開の実際の長さ若しくは実際の間隔が得られる。

この修正ファクターは、式（７）に基づいて長さをゲー
ジブロック７と比較測定することによって規定される。

前記測定及び計算を行ってから、検査体１はゲージ合わ
せされ、同じ又は別の座標測定装の測定不正確さを検査
するために使用される。また、計算段階の一部、例えば
平均値の計算を、ゲージブロックが緊締される時間中に
行うことによって、測定及び計算段階の連続をできるだ
け短い測定時間内で最適に行うこともできる。

プレートに関して述べた前記ゲージ合わせは、別の平ら
な検査体、例えば孔付きプレートのゲージ合わせのため
にも適していることは熱論である。

ゲージ合わせされた検査体ｌによる座標測定装置の測定
不正確さの本来の検査は、検査体が装置の測定範囲内の
様々な位置で様々な方向に向けて設置され、その９つの
球が走査して測定されることによって、公知の形式で行
われる。

検査体のゲージ合わせされた疎開隔に対する表示された
間隔のずれから、まず第一に長さ測定不正確さが測定さ
れ、また、その他の測定誤差、例えば装置の測定軸の真
直角度に対するずれが測定される。検査体のゲージリン
グ６ａを作動させることによって付加的にスキャニング
測定不正確さが測定される。

この検査体は座標測定装置の測定不正確さを測定するた
めにだけ使用されるのではなく、処理機械、例えばフレ
キシブルな製造システムの位置不正確さを測定するため
にも適している。

今日では多くの製造業者によって、工具の代わりに処理
機械で交換することができる走査ヘッドが提供されてい
るので、座標測定装置におけるのと同様に処理機械のた
めに、測定不正確さ若しくは位置不正確さのＣＮＣ−制
御された検査が行われる。

処理機械の走査手順のために必要な学習プログラムは、
処理機械の機械制御を介して行われる。測定結果と評価
とを完成的に結び付けるために別個のコンピュータ、例
えば相応にプログラミングされたパーソナルコンピュー
タが使用される。

【図面の簡単な説明】第１ａ図は本発明の一実施例による検査体の側面図、第
１ｂ図は第１ａ図に示した検査体の平面図、第２図は第
１ａ図及び第１ｂ図に示した検査体の球（３ｉ）の範囲
の拡大図、第３ａ図はカバーを備えた検査体の側面図、
第３ｂ図は第３ａ図の検査体の平面図、第４図は、座標
測定装置の測定室内に設置されたゲージプロ７りに対す
るゲージ合わせ作業を示した検査体の部分的な側面図で
ある。ｌ・・・支持プレート、２・・・切欠、３ａ、３ｂ。３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉ−球、４ａ
、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、４ｇ＋　４ｈ、４　
ｉ・”支持脚、５ａ、５ｂ、５ｃ。５ｄ、５ｅ、５　ｆ、５ｇ、５ｈ、５１−−−支持脚６
　ａ　、　６　ｂ　、　６　ｃ　、　６　ｄ−・・切欠
、７・・・ゲージブロック、８・・・保護カバー　ｌＯ
・・・支持台、ｌＯａ、Ｊｏｂ・・・支柱、Ｓ・・・左
右対称平面、Ｅ・・・ゲージブロック長さ、Ｌｌ・・・
長さ、ＬＭ・・・平均値、Ｋ・・・修正率、ＬＡＭ・・
・長さ、Ｘ・・・測定軸Ｆｉｇ、　３ａＦｉｇ、３ｂ

Claims

【特許請求の範囲】１、一平面内に存在する多数の球を有する球付きプレー
トとして構成された、座標測定装置及び処理機械のため
の検査体において、前記プレート（１）が前記平面を基
準として左右対称に構成されており、前記球（３ａ、３
ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、３ｈ、３ｉ）が、
前記プレート（１）の一つ又はそれ以上の切欠内に固定
されているか、若しくはプレート（１）の左右対称平面
（Ｓ）内でプレート（１）の縁部に当接しつつ固定され
ていることを特徴とする、座標測定装置のための検査体
。２、多数の球（３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅ、３ｆ、３ｇ、
３ｈ、３ｉ）が、プレート（１）の縁部に設けられた、
外方に突き出る多数の支持脚（４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ
、４ｅ、４ｆ、４ｇ、４ｈ、４ｉ）に取り付けられてい
る、請求項１記載の検査体。３、プレート（１）が保護カバー（８）を備えている、
請求項１記載の検査体。