JPH05501006A - 測定装置の校正 - Google Patents

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】 測定装置の校正 皮丘立１　゛ 本発明は、測定装置の校正に関し、特に、２つの相対的に可動の物体間の空間的 関係（位置関係）を決定する（見定める）ための測定装置の校正に関する。その ような装置の一例は、座標測定機即ちＣＭＭである。座標測定機は、工作物を正 確に測定するために、又は工作物と他の機械との位置関係を制御するために該測 定機と工作物との間の位置関係を決定するのに使用される。

１籠１１ 工作物に対して何らかの作業を実施する場合、例えば工作物を製造又は測定した り、あるいは工作物の品質又は特定の目的に対する適合性を評価する場合、機械 に対して工作物を、あるいは、工作物に対して機械をいろいろな異なる直線上位 置又は角度位置に位置ぎめすることか必要なことがある６通常、工作物に対して そのいろいろな部位で実施される作業は、創造される又は測定されるすべての寸 法が工作物全体のための共通の座標系に関連するように正確に関連づけされなけ ればならない。座標系としては、直交座標、円柱座標、球座標等の、任意の数の 軸線を有する座標系を用いることができる。

例えば、三次元の工作物を測定する場合、その工作物の多数の異なる直交面にア クセスするか、あるいは、測定機の軸線にたしているいろな角度でアクセスする ことが必要とされる場合が多い。そのようなアクセスを行う１つの慣用の方法は 、工作物を担持するための、垂直回転軸線を有する回転テーブルを用いる方法で ある。その場合精度を高める１つの方法は、正確な、従って高価な回転テーブル を使用し、回転テーブルを機械の軸線に極めて正確に整列させることである。あ るいは別法として、いかなる不整列又は角度分割誤差をも、使用する回転テーブ ルのあらゆる回転角度位置において校正することである。大抵の回転テーブルに はコーニング（回転）誤差があるので、精密な整列よりもむしろ多重校正の方が 好ましい方法であり、回転テーブルの極度の精密さの必要性を回避するが、それ でもなお、非常に優れた位置反復精度を必要とするので、やはり回転テーブルは 高価なものになる。

非常に大きな工作物を対象とする場合、回転テーブルの所要の角度精度及び、又 は反復精度を得るのが特に困難である。なぜなら、直線精度が同じである場合、 角度精度を半径の増大に比例して良くしなければならないからである。又、非常 に大きな工作物の場合、回転テーブルは、実用不可能な程に高価なものとなり、 実際的でない場合がある。

本出願人の別のＰＣＴ出願であるＰＣＴ／ＧＢ９０１０１６１７　（公開番号Ｗ ０９１１０６３９６）に、２つの相対的に可動の物体間の空間的関係を決定する ための装置が開示されている。この装置は、２つの相対的に可動の物体の少くと も一方を他方に対して複数の測定位置のうちの選択された１つの位置へ移動させ るための移動手段と、該各位置において該一方の物体を６点運動学的位置ぎめに より位置ぎめするための位置ぎめ手段とから成っている。

例えば、ＣＭＭ　（座標測定機）は、工作物を載せる回転テーブルを備えている ０回転テーブルは、幾つかの測定位置へ回転させることができ、それらの測定位 置から工作物のそれぞれ異なる側面を測定することができる。

それらの各測定位置又は部位において、パレット即ち回転テーブルは、６点運動 学的位置ぎめにより位置ぎめされる。

上記ＰＣＴ／ＧＢ９０１０１６１７に記載された技術は、上記各測定位置に対す る工作物の正確な位置を測定することを可能にするが、その装置自体を校正する という点で問題がある。本発明は、その問題の解決に向けられたものである。

ｌ豆皇り 従って、本発明は、２つの相対的に可動の物体の少くとも一方を他方に対して複 数の測定位置のうちの選択された１つの位置へ移動させるための移動手段と、該 各位置において該一方の可動物体を６点運動学的位置ぎめにより位置ぎめするた めの位置ぎめ手段とを有する、２つの相対的に可動の物体間の空間的関係を決定 するための測定装置を校正するのに使用するための校正装置であって、前記一方 の可動物体上に固定的に位置ぎめ自在の固定可能な部材を有し、該一方の可動物 体が前記測定位置の少くとも２つの位置のどの位置をとったときでも、該すべて の又は幾つかの測定位置間の空間的関係を決定することができるように、該固定 可能な部材の位置が、ある特定の固定位置に対して測定可能とされていることを 特徴とする校正装置を提供する。

前記固定可能な部材の位置は、前記一方の可動物体が前記測定位置のうちのどの 位置におかれたときでも、同じ固定点に対して測定可能であることが好ましい、 該固定可能な部材は、前記一方の可動物体に対して複数の位置の間で移動させる ことができ、該各位置に固定的に位置ぎめすることかできる構成とすることがで きる。又、固定可能な部材は、６点運動学的位置ぎめ手段によって前記一方の可 動物体上に固定的に位置ぎめすることができる構成とすることができる。

この校正装置は、前記固定位置又は前記各固定位置と前記固定可能な部材との間 の空間的関係を決定するための第２測定装置を備えたものとすることができる。

前記第２測定装置は、前記一方の可動物体がある特定の１つの測定位置におかれ たとき、前記固定位置又は前記各固定位置と前記固定可能な部材との間にビーム を投射することによって測定を実施するようになされていることが好ましい、こ のビームは、レーザービームであってよい、第２測定装置は、レーザー追跡器と 、該追跡器から投射されたビームを受容するための逆反射器とから成るものとし てもよく、あるいは、前記固定位置間で移動自在のビーム投射器又はビーム受容 器から成り、前記固定可能な部材は、前記固定位置間で移動自在のビーム受容器 又はビーム投射器から成るものとしてもよい。

本発明の校正装置は、前記ビーム投射器又はビーム受容器を前記各固定位置に６ 点運動学的位置ぎめにより位置ぎめするための６点運動学的位置ぎめ手段を備え たものとすることができる。

校正すべき前記測定装置は、前記固定位置と前記固定可能な部材との間で測定を 行うことができるものであってよい、該固定可能な部材は、各測定点と前記固定 位置との間で行われる測定によって前記一方の可動物体と該固定位置の空間的関 係を決定するのに十分な複数の測定点を画定する校正用火工品であってよい、こ の校正用火工品は、例えば、４つの測定点を画定するものであってよい、より具 体的には、この人工島は、各頂点に測定点を画定する四面体とすることができる 。

本発明の校正装置は、前記一方の可動物体に担持されており、少くとも１つの水 平軸線を中心とする該一方の可動物体の回転角度位置を測定するための水準測定 器を含むものとすることができる。又、前記第２測定装置は、垂直軸線を中心と する前記一方の可動物体の回転角度位置を測定するための手段を含むものとする ことができる。

本発明は、又、固定位置と、少くとも１つの固定可能な部材によって画定される 可動物体上の複数の点との間の空間的関係を決定するための測定装置を校正する のに使用するための校正装置であって、前記可動物体上の前記複数の点は、隣接 する各対の測定位置において、該可動物体が該対の測定位置のどちらか一方にお かれたとき前記固定位置に対する空間的関係を決定することができる少くとも１ つの点が存在するように定められており、それによって、前記各測定位置をそれ に近接する測定位置に関して校正することができるようになされていることを特 徴とする校正装置と提供する。

以下に、添付図を参照して本発明の装置の実施例を脱糖１図は、飛行機の機体を 測定するのに使用するための本発明の装置の概略平面図である。

第２図は、運動学的部位を設定する態様を示す概略図である。

第３図は、ＣＭＭの回転テーブルとして使用するための、本発明の別の実施例の パレットの概略透視図である第４図は、更に別の実施例の、第３図と同様の図で ある。

東ＪＬ辺 第１図を参照すると、ＣＭＭ　（座標測定機）１０と例えば飛行機の機体１２の ような工作物との間の空間的関係（位置関係）を決定する（見定める）ＣＭＭＩ Ｏ即ち測定装置を校正するのに用いるための本発明の校正装置が示されている０ 機体１２のサイズが大きいことに鑑みて、ＣＭＭＩＯと機体１２との間の相対移 動は、ＣＭＭを可動パレット１４上に設置することによって可能にされる。パレ ット１４は、複数の測定位置１６へ移動することができる。第１図には、４つの 測定位置１６が示されている０通常、一時点に１つの測定位置だけがパレット１ ４によって占められるが、説明の便宜上、４つの測定位置１６のどの位置にもパ レット１４が示されている。実用に当っては、測定位置１６は、４つよりかなり 多くすることもできる。

パレット１４は、各測定位置１６において６点運動学的位置ぎめにより位置ぎめ される。その態様は、上記ＰＣＴ／ＧＢ９０１０　ｌ　６１７Ｇ：：説明されテ ィる。

本発明の校正装置は、更に、測定位置１６におかれたパレット１４の複数の固定 位置１８に対する空間的関係（位置関係）校正の目的で決定するための、後述す る第２測定装置を備えている。

本発明の校正装置は、固定位置１８とパレット１４の間にレーザービームを投射 することによって作動する。

そのための好ましい構成は、レーザー追跡器２０を用いてレーザービームを投射 し、逆反射器２２を用いてレーザービームをレーザー追跡器２０へ戻す構成であ る。この目的に適したレーザー追跡器（単に「追跡器」とも称する）及び逆反射 器（単に「レトロ」とも称する）は周知である。追跡器２ｏは、固定位置１８の うちの１つの固定位置に配置することができ、レトロ２２は、ベレット１４上に 設置する。ただし、追跡器２ｏとレトロ２２の設置位置を逆にしてもよい。

追跡器２０は、各固定位置１８に１台づつ恒久的に設置してもよく、あるいは、 単一の追跡器２０を用意し、必要に応じて各固定位置１８へ移動させるようにし てもよい。追跡器２０は、固定位置１８において６点運動学的位置ぎめにより位 置ぎめされる。同様に、単一のレトロ２２をパレット１４に恒久的に固定しても よいが、３台以上のレトロ２２をパレット１４に設置するのが好ましい、あるい は、単一のレトロ２２を設け、そのレトロ２２をパレット１４上の３つ以上の点 の間で移動させ、パレット上の該各点でレトロ２２を６点運動学的位置ぎめによ り位置ぎめするための手段を設けることもできる上述した運動学的位置ぎめは、 第２図に概略的に示された装置によって行うことができる。真の運動学的位置ぎ めを得るには、２つの部品間、例えば球体と平坦面との間での点接触を必要とす る０図示の例では、平坦面３０が支持脚３４の球状先端３２上に支持される。支 持脚３４自体は、ヒンジ部分３８を介して固定部材３６に結合されている。

平坦面３０は、物体４０上に形成されている。この物体４０は、例えばパレット １４であってよい。物体４０即ちパレット１４に６つの平坦面３ｏを形成し、そ れぞれ対応する位置に６つの支持脚３４を設ける。このパレット１４を６点運動 学的位置ぎめにより位置ぎめするには、６つの平坦面３０をそれぞれ対応する球 状体３２上に載せ、クランプ機構（図示せず）によってパレット１４を支持脚３ ４に対して締めつける。そうすることにより、１つ又はそれ以上の球状体３２の 、平坦面３０に対する僅かな相対移動が生じ、それに伴って支持脚３４がヒンジ 部分３８上で僅かに横方向に移動する。この構成は、上記ＰＣＴ／ＧＢ９０１０ １６１７に詳細に説明されているように、正確に反復可能な締めつけ力を加える ことにより、正確な運動学的位置ぎめを反復して得ることができる。上記ＰＣＴ ／ＧＢ９０１０１６１７には、運動学的位置ぎめを達成するなめの構成のいろい ろな変型例が記載されている。

第１図に示された装置は、以下の態様で校正のために使用することができる。ま ず、可動パレット１４上の３つの点２４の間の離間間隔を例えばレーザーインタ ーフェロメトリー（干渉計使用法）によって正確に測定する次に、３つの点２４ の１つに逆反射器２２を設置した可動パレット１４を測定位置１６のうちの選択 された１つに位置づけし、レーザー追跡器２０を固定位置１８のうちの１つに位 置づけする。追跡器２０から逆反射器２２ヘレーザービームを投射し、追跡器２ ｏと逆反射器２２の間にレーザービームを設定する。次いで、そのレーザービー ムな遮断しないようにして逆反射器２２を他の２つの点２４へ順次に移動し、最 初の点２４に対する他の２つの点２４の空間的関係（位置関係）を決定する。

次いで、やはりレーザービームな遮断しないようにして追跡器２０を別の固定位 置１８へ移し、同様に逆反射器２２を３つの点２４へ順次に移動することによっ て３点測定（３つの点２４間の空間的関係の測定）を行う、最後に、追跡器２０ を第３の固定位置１８へ移し、同様にして３点測定を行う。この全作業手順を他 の３つの測定位置１６においても実施する。

このようにして、パレット１４がどの測定位置１６におかれたときも、３つのす べての固定位置１８が３つのすべての点２４から視ることができる位置にあれば 、多数の測定を行うことができる。しかし、実際上は、特に機体のような大きな 工作物を対象とする場合、上記の図べての測定を行うことができることは少ない が、可能な限りのすべての測定を行うことが好ましい、そして、それらのすべて の測定がいずれも同じデータに基づくものであることを保証するために、すべて の測定を、一旦設定したレーザービームを遮断することな〈実施しなければなら ない。

ここに述べたような例では、可動パレット１４の各測定位置１６において少くと も６つの測定を行うことができるように、少くとも３つの固定位置１８を設け、 少くとも３つの点２４を設けることが必要である０例えば、各点２４について異 なる固定位置１８から２つの測定を行うことができるようにする。各測定位置１ ６において少くとも６つの測定を行うという最低限の要件を充足する他の組合せ も可能であるが、いずれにしても、各点２４について少くとも１つの測定を行う ことができなければならない。最低限より多数の測定を行うことができる場合は 、その測定結果は、この測定法の精度を高めるのに使用することができる冗長デ ータを提供する。多くの実際の測定例において、特に固定位置１８又は点２４の 数が多い場合は、高度の冗長性が得られることが予測され、精度の高い測定結果 が得られる。

一旦上記のような測定結果が得られたならば、測定装置１０は、構成されたもの とみなすことができる。なぜなら、パレット１４は、計算された位置へ該パレッ トのための上述した運動学的位置ぎめにより高度の反復性をもって戻すことがで きるからである。

このようにして測定装置１０が校正されたならば、工作物１２（第１図の例では 機体）の測定を開始することができる。先に述べたように、パレット１４は、測 定位置１６の１つに運動学的に位置ぎめされ、その位置から工作物１２のすべて のアクセス可能な部分を測定する。

次いで、ベレット１４を別の測定位置１６へ移動し、その位置から工作物１２の 別の側面のアクセス可能な部分を測定する。その工作物の必要な側面を測定する のに必要とされる数の測定位置１６を設定することができる。

各測定位置１６から測定される側面は１、工作物全体の正確な測定を一定した座 標系で行うことができるようにするために、上記校正により互いに関連づけるこ とができる。

この技法は、上述したように逆反射器２２をパレット１４の周りに移動させるの で、パレット１４に固定された３つの位置の配置によって決定される既知の形状 及び寸法の観念上の物体を描いていく。上述した構成の変型例として、特に回転 テーブルを備えたＣＭＭに適用するのに適する変型例として、校正のために回転 テーブル１４に四面体５０の形とした例示された有形の人工島（第３図）を固定 することができる。その場合、測定装置の校正は、（固定点から測定作業を行う ”）ＣＭＭで四面体５０の少くとも３つの点から測定することによフて進められ る。次いで、テーブル１４を別の第２の位置へ回転させて（運動学的位置ぎめに より位置ぎめさせ）、やはり３つの点５２から更に３つの測定を行い、テーブル １４の第１の位置に対する第２の位置の空間的関係（位置関係）を決定する。こ の操作を多数のテーブル位置について繰り返し実施することができる。

もちろん、どのテーブル位置においても可能ならば４つの測定を行うべきである が、ＣＭＭは、どのテーブル位置においても上記点５２の３つより多くの点にア クセスすることを可能にするような設計にはなっていないことが多い。四面体５ ｏの形状・寸法は、直線的測定のみに基づいて有形の人工島を正確に描くことが できるように定められており、従って、たとえ各テーブル位置においてテーブル １４の四面体５０上の測定点°５２が変更されるとしても、各テーブル位置にお いて行われる測定は、互いに関連づけることができる。

第４図は、特に回転テーブルを備えたＣＭＭに適用するのに適する更に別の変型 例を示す。この実施例では、回転テーブル（パレット）１４にＣＭＭによって位 置を測定することができる１個の球体６０を設置する。更に、２つの互いに垂直 な水平軸線に対するパレット１４の傾きを測定することができるように、２つの 互いに垂直をなす水準測定器６２をパレット１４に固定する。この構成では、２ つのテーブル位置の間に直線関係を設定するのにただ１個の球体６０で十分であ り、水準測定器６２は、角度座標のうちの２つを測定することを可能にする。第 ３の角度座標は、オートコリメーター、角度オプションを装備したレーザーイン ターフェロメトリー又は他のそれに類する装置を用いる慣用の技法によって測定 することができる。

以上、本発明を実施例に関連して説明したが、本発明は、ここに例示した実施例 の構造及び形態に限定されるものではな（、本発明の精神及び範囲から逸脱する ことなく、いろいろな実施形態が可能であり、いろいろな変更及び改変を加える ことができることを理解されたい。

特に、運動学的位置ぎめを行うための装置、及び、固定位置とパレットとの間の 空間的関係を決定するための装置は、作動要件に応じて変更することができる。

固定位置及び測定位置の配置は、工作物の形状及びサイズに応じて選定すること ができる。

国際調査報告 −−Ｎ−１−帽ゆ−１−−１１ｓ　ｐ（＋↑／Ｌ’：ｎ　Ｏｎ１ＭＣ１Ｑ国際調 査報告

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．２つの相対的に可動の物体の少くとも一方を他方に対して複数の測定位置の うちの選択された１つの位置へ移動させるための移動手段と、該各位置において 該一方の可動物体を６点運動学的位置ぎめにより位置ぎめするための６点運動学 的位置ぎめ手段とを有する、２つの相対的に可動の物体間の空間的関係を決定す るための測定装置を校正するのに使用するための校正装置であって、 前記一方の可動物体上に固定的に位置ぎめ自在の固定可能な部材を有し、該一方 の可動物体が前記測定位置の少くとも２つの位置のどの位置をとったときでも該 すべての又は幾つかの測定位置間の空間的関係を決定することができるように、 該固定可能な部材の位置が、ある特定の固定位置に対して測定可能とされている ことを特徴とする校正装置。
2. ２．前記一方の可動物体が前記測定位置のうちのとの位置におかれたときでも、 前記固定可能な部材の位置が、同じ固定点に対して測定可能とされていることを 特徴とする請求の範囲第１項に記載の校正装置。
3. ３．前記固定可能な部材は、前記一方の可動物体に対して複数の位置の間で移動 させることができ、該各位置に固定的に位置ぎめすることができることを特徴と する請求の範囲第１項又は２項に記載の校正装置。
4. ４．前記固定可能な部材は、６点運動学的位置ぎめ手段によって前記一方の可動 物体上に固定的に位置ぎめすることができることを特徴とする請求の範囲第１〜 ３項のいずれかに記載の校正装置。
5. ５．前記固定位置又は前記各回定位置と前記固定可能な部材との間の空間的関係 を決定するための第２測定装置を備えていることを特徴とする請求の範囲第１〜 ４項のいずれかに記載の校正装置。
6. ６．前記第２測定装置は、前記一方の可動物体がある特定の１つの測定位置にお かれたとき、前記固定位置又は前記各固定位置と前記固定可能な部材との間にビ ームを投射することによって測定を実施するようになされていることを特徴とす る請求の範囲第５項に記載の校正装置。
7. ７．前記ビームは、レーザービームであることを特徴とする請求の範囲第６項に 記載の校正装置。
8. ８．前記第２測定装置は、レーザー追跡器と、該追跡器から投射されたビームを 受容するための逆反射器から成ることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の校 正装置。
9. ９．前記第２測定装置は、前記固定位置間で移動自在のビーム投射器又はビーム 受容器から成り、前記固定可能な部材は、前記固定位置間で移動自在のビーム受 容器又はビーム投射器から成ることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の校正 装置。
10. １０．前記ビーム投射器又はビーム受容器を前記各固定位置に６点運動学的位置 ぎめにより位置ぎめするための６点運動学的位置ぎめ手段を含むことを特徴とす る請求の範囲第１〜９項のいずれかに記載の校正装置。
11. １１．校正すべき前記測定装置は、前記固定位置と前記固定可能な部材との間で 測定を行うことができるものであることを特徴とする請求の範囲第１〜１０項の いずれかに記載の校正装置。
12. １２．前記固定可能な部材は、各測定点と前記固定位置との間で行われる測定に よって前記一方の可動物体と該固定位置の空間的関係を決定するのに十分な複数 の測定点を画定する校正用人工品であることを特徴とする特許請求の範囲第１１ 項に記載の校正装置。
13. １３．前記人工品は、４つの測定点を画定するものであることを特徴とする特許 請求の範囲第１２項に記載の校正装置。
14. １４．前記人工品は、各頂点に測定点を画定する四面体であることを特徴とする 特許請求の範囲第１３項に記載の校正装置。
15. １５．少くとも１つの水平軸線を中心とする前記一方の可動物体の回転角度位置 を測定するための水準測定器が、該一方の可動物体に取付けられていることを特 徴とする請求の範囲第１〜１４項のいずれかに記載の校正装置。
16. １６．前記第２測定装置は、垂直軸線を中心とする前記一方の可動物体の回転角 度位置を測定するための手段を含むことを特徴とする請求の範囲第１５項に記載 の校正装置。
17. １７．固定位置と、少くとも１つの固定可能な部材によって画定される可動物体 上の複数の点との間の空間的関係を決定するための測定装置を校正するのに使用 するための校正装置であって、 前記可動物体上の前記複数の点は、隣接する各対の測定位置において、該可動物 体が該対の測定位置のとちらか一方におかれたとき前記固定位置に対する空間的 関係を決定することができる少くとも１つの点が存在するように定められており 、それによって、前記各測定位置をそれに近接する測定位置に関して校正するこ とができるようになされていることを特徴とする校正装置。
18. １８．添付図を参照してここに説明された、測定装置を校正するのに使用するた めの校正装置。