JPH06126597A - 円筒座標型三次元測定器の検出器取付誤差の算出方法及び測定誤差の補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 円筒座標型三次元測定器の検出器の取付誤差
を一連の測定行為の一部として算出し、誤った評価結果
を得ることを未然に防ぐとともに取付誤差による測定誤
差を補正して測定精度を向上させる。 【構成】 ロータリテーブル４上の偏心位置に真円の検
定用ワークＷＡを載せて測定した各回転角に対する半径
値の第１測定点群データを、検出器取付誤差の初期値と
して入力した適当な値から求めた仮の角度誤差で回転角
を補正して補正測定点群データを求める。このデータの
形状誤差曲線が検出器取付誤差に比例することを利用し
て、形状誤差曲線が許容値以下になるまで順次取付誤差
の設定値を入力し、許容値以下になったときの設定値を
検出器の取付誤差と判定する。そして評価ワークＷＢ測
定時にこの判定値から角度誤差を求めて測定誤差を補正
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は円筒座標型三次元測定器
における半径値測定用検出器の取付誤差の算出方法及び
検出器取付誤差により発生する測定誤差の補正方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】真円測定器等の円筒座標型三次元測定器
において、図１２に示すようにＸ・Ｚ軸スライダ１０１
上に取付けられている半径値検出用の検出器１０２は、
測定ワークＷの回転中心を通るＸ軸上にないと取付誤差
による測定誤差が発生する。この取付誤差を知る方法と
して、基準面例えばスライダ１０１の検出器取付面１０
１ａからワークテーブル上に同心に搭載された測定ワー
クの外周までのＹ軸方向の距離Ｌ１と検出器の先端球外
周までの距離Ｌ２を測定し、これらの距離とワークの直
径Ｄ及び先端球の直径ｄから取付誤差を間接的に求め、
誤差の厚さだけ検出器に敷板をかませて取付位置調整を
行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べた検
出器の取付誤差を間接的に求める方法は、距離を計測す
るのに別の測定器を必要とし、大変手間がかかるという
問題点を有している。また敷板をかませて取付位置調整
をする方法はこれも大変手間がかかり時間の無駄が多い
という問題点を有している。本発明は従来の技術の有す
るこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目
的とするところは検出器の取付誤差を直接測定行為の一
部として求め、測定データの取付誤差による測定誤差を
補正により除去して測定精度を向上させることのできる
円筒座標型三次元測定器の検出器取付誤差の算出方法及
び測定誤差の補正方法を提供しようとするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明における円筒座標型三次元測定器の検出器取付
誤差の算出方法は、ロータリテーブル（Ｃ軸）と直交二
直線案内軸（Ｘ・Ｚ軸）からなる三次元測定器の半径値
検出用検出器の取付誤差の算出方法であって、前記ロー
タリテーブル上の偏心位置に真円の検定用ワークを取付
けて測定した各回転角度ごとの半径値の第１測定点群デ
ータを記憶し、取付誤差の初期値として設定した適当な
値と前記第１測定点群データの半径値から仮の角度誤差
を演算により求め、前記第１測定点群データの各回転角
度を前記仮の角度誤差により角度補正した補正測定点群
データを記憶し、前記補正測定点群データの最小二乗円
に対する残差の平方和を演算により求め、前記平方和が
予め記憶する許容値以下になるまで順次新しい取付誤差
の値を設定し、前記許容値以下になったときの設定値を
検出器の取付誤差と判定するものである。

【０００５】また円筒座標型三次元測定器の測定誤差の
補正方法は、ロータリテーブル上に評価ワークを取付け
て測定した各回転角ごとの半径値の第２測定点群データ
を、検出器取付誤差と前記第２測定点群データの半径値
とから演算により測定誤差を補正するものである。

【０００６】

【作用】ロータリテーブル上の偏心位置に真円の検定用
ワークを載せて、ロータリテーブル（検定ワーク）の回
転角ごとの半径値を測定して、この測定点群データを記
憶する。次いで適当な取付誤差の値を決めて仮の角度誤
差を求め、この仮の角度誤差により回転角の角度補正を
行って補正測定点群データを求める。そしてこの補正測
定点群データから求めた形状誤差曲線が検出器取付誤差
に比例することを利用して、形状誤差曲線の振幅が小さ
くなるよう新しい取付誤差の値を順次設定し、形状誤差
曲線が予め記憶する許容値以下になったときの取付誤差
の値を検出器の取付誤差と判定して、バックアップファ
イルに書き込む。次いで評価ワークをロータリテーブル
上に載せて測定を行い、バックアップフアイルから読み
込んだ取付誤差の値から角度誤差を求めて角度補正を行
って検出器取付誤差により発生する測定誤差の補正を行
う。

【０００７】

【実施例】以下本実施例について図面を参照して説明す
る。図１，図２の円筒座標型三次元測定器において、枠
体１にエアベアリング２により回転可能に支持される垂
直方向の旋回中心軸３の上端に、ロータリテーブル４が
同心に固着されており、旋回中心軸３の下端にＣ軸ロー
タリエンコーダ５の回転軸が同心に嵌着されている。ロ
ータリテーブル４は枠体１内に固着のＣ軸パルスモータ
６によりベルト７を介して回転され、ロータリテーブル
４上に真円の検定用ワークＷＡ又は評価ワークＷＢが載
置される。

【０００８】枠体１の後側上にコラム９が立設されてお
り、コラム９の前面に心押台１０が固着されている。更
にコラム９の前面に設けられたＺ軸方向のガイド１１に
沿って移動可能にサドル１２が設けられている。サドル
１２はコラム９に固着のＺ軸パルスモータ１４によりボ
ールねじ１３を介して移動位置決めされ、ガイド１１と
平行に設けられたＺ軸リニアエンコーダ１５により位置
検出が行われるようになっている。サドル１２の前面に
Ｘ軸方向のガイド１６が設けられており、このガイド１
６に沿って移動可能にスライダ１７が設けられている。

【０００９】スライダ１７はサドル１２に固着のＸ軸パ
ルスモータ１８によりボールねじ１９を介して移動位置
決めされ、ガイド１６と平行に設けられたＸ軸リニアエ
ンコーダ２１により位置検出が行われるようになってい
る。スライダ１７に取付けられている検出器２２は差動
トランス型変位計（電気マイクロメータ）が使用され、
先端球２０ａを有する触針２０が装着されており、スラ
イダ１７のＸ軸移動とは別にＸ軸方向の直線微小変位を
検出する。更に枠体１の近傍に演算用パソコン２３が設
置されている。

【００１０】図３は一部三次元測定器の構成図を含む制
御システムのブロック線図である。三次元測定器側の制
御装置２４には、Ｃ軸パルスモータ６を駆動するＣ軸ド
ライバ２５、検出器２２の出力信号の受け渡しをする検
出器インタフェイス２６、Ｘ軸パルスモータ１８を駆動
するＸ軸ドライバ２７、Ｘ軸リニアエンコーダ２１の出
力信号の受け渡しを行うＸ軸リニアエンコーダインタフ
ェイス２８、Ｃ軸ロータリエンコーダインタフェース２
９がそれぞれ内蔵されている。演算用パソコン２３には
指令及び情報を入力するキーボード入力部３１、後述の
各演算を行う演算処理部３２、演算結果等を表示する演
算結果表示部３３、前記制御装置２４と演算処理部３２
の間の信号制御を行う制御処理部３４がそれぞれ内蔵さ
れている。

【００１１】次に本実施例の作用説明とは別に円筒座標
型三次元測定器の測定点群を得るための基本的なサンプ
リング手順について図４のフローチャートに従って説明
する。ステップＳ１において、ロータリテーブル４の回
転指令が出て、ロータリテーブルを単位角度（１°）回
転させ、Ｃ軸ロータリエンコーダ５により回転角度を検
出する。ステップＳ２において、電気マイクロ（検出
器）２２の検出範囲（±０．２ｍｍ）内かが確認され、
ＮＯの場合はステップＳ３において、再び遠いかが確認
され、ＮＯの場合にはステップＳ４においてＸ軸基準量
（０．３６ｍｍ）だけスライダを遠ざけ、ＹＥＳの場合
にはステップＳ５において、Ｘ軸基準量だけ近づけて検
出器の測定範囲内とする。またステップＳ２においてＹ
ＥＳの場合にはステップＳ３〜Ｓ５を飛ばす。次いでス
テップＳ６において、電気マイクロ２２の値を検出器イ
ンタフェイス２６を経て制御処理部３４に読み込み、ス
テップＳ７において、Ｘ軸リニアエンコーダ２１の値を
Ｘ軸リニアエンコーダインタフェース２８を経て制御処
理部３４に読み込む。

【００１２】ステップＳ８において、演算処理部３２に
電気マイクロの値とＸ軸リニアエンコーダ２１の和を求
めて検出点中心Ｘ座標を算出する。次いでステップＳ９
において、ロータリエンコーダ５の値即ちワークテーブ
ル４の回転角Ｃを読み込み、ステップＳ１０において点
群（Ｘ，Ｃ）の値を登録する。ステップＳ１１におい
て、１回転（３６０°）完了したかが確認され、ＮＯの
場合にはステップＳ１に戻され、ＹＥＳの場合にはサン
プリング終了となる。尚、図４のフローチャートにはＺ
軸の動作が省略されているがＺ軸の動作は測定面の高さ
を得るための動作であり、測定点群をサンプリングする
ためには機能しない。

【００１３】次に検出器２２の取付誤差により発生する
測定誤差について図５〜図８により説明する。図５は検
出器２２の取付誤差とロータリテーブル４上の偏心位置
に載置された真円の検定用ワークＷＡ及び検出器先端球
２０ａの幾何学的関係を示したもので、図６は偏心円の
角度と半径値Ｌ（θ）を示したものである。尚、図中の
符号はＯ：ロータリテーブル（Ｃ軸）の中心、ＷＣ：ワ
ークの中心、ＳＣ：検出器先端球の中心、Ｒ：ワーク半
径、ε：ワーク偏心量、ｒ：先端球の半径、Ｈ：検出器
取付誤差、θ：ロータリテーブル（Ｃ軸）の回転角、Ｌ
（θ）：ロータリテーブル回転角（θ）における偏心円
とロータリテーブル中心との距離、Δθ：検出器取付誤
差によって生じる角度誤差とする。

【００１４】回転角度θの位置で検出器２２の取付誤差
Ｈが無ければ（Ｈ＝０）検出器から半径値としてＯ，Ａ
間距離の値が出力されるが、誤差Ｈが存在するとＯ，Ｃ
間距離の値が出力される。検出器の取付誤差Ｈによって
発生する角度誤差をΔθとすれば、Δθ≒ｔａｎ^-1（Ｈ
／Ｌ（θ））で表すことができる。通常このΔθは極め
て０に近い値なので、Ｏ，Ｃ間距離の値とＯ，Ａ間の距
離の値はほぼ等しいものと考えてよい。またＯ，Ｃ間距
離の値はロータリテーブル４の回転角度θ−角度誤差Δ
θにおける半径値なので、Ｌ（θ−Δθ）と書くことが
でき、半径値の誤差ΔＬが発生する。

【００１５】この半径値の誤差ΔＬは、ΔＬ＝Ｌ（θ）
−Ｌ（θ−Δθ）で表すことができ、角度θにおける半
径値Ｌ（θ）は数１で表される。

【数１】 従って検出器の取付誤差による半径値の誤差ΔＬは、数
２となり、誤差ΔＬは検出器の取付誤差Ｈに依存してい
ることが分かる。

【数２】

【００１６】図７、ａ〜ｃは検出器取付誤差に伴う形状
誤差曲線の変化を示す図で、検出器取付誤差Ｈが０のと
き最小となることが分かる。尚ここでいう形状誤差曲線
とは図８に示すように測定点群から求めた最小二乗円の
半径Ｒｏと測定角度ごとの測定半径値との差Ｓｉであ
る。

【００１７】続いて本実施例の検出器取付誤差算出のた
めの動作手順を図９のフローチャートの順に説明する。
ステップＳ１２において、ロータリテーブル４上の偏心
量位置に真円の検定用ワークＷＡを取付け、ステップＳ
１３において、この検定用ワークＷＡを測定する。ステ
ップＳ１４において、パソコン２３に測定した各回転角
度θにおける半径値Ｌ（θ）の測定点群を読み込む。ス
テップＳ１５において、検出器２２の取付誤差の初期値
として適当な値を設定し、ステップＳ１６において、こ
の初期値（Ｈ）を使って、測定点群を補正する。この補
正方法は、半径値として測定した値Ｌ（θ）は検出器２
２の取付誤差Ｈのためロータリテーブル４の回転角θで
はなくθ−Δθの位置で測定した値なので、測定点群デ
ータの回転角度θの値をθ−Δθ≒θ−ｔａｎ^-1（Ｈ／
Ｌ（θ））として補正したものである。

【００１８】次いでステップＳ１７において、補正され
た測定点群を極座標（ｒ，θ）から直交座標（Ｘ，Ｙ）
に変換して、ステップＳ１８において、補正された測定
点群の最小二乗円を求める。次いでステップＳ１９にお
いて、補正された測定点群の最小二乗円に対する残差の
平方和を計算し、ステップＳ２０において、予め設定さ
れた残差の平方和の許容値と、計算により求めた残差の
平方和とを比較して、許容値内かが確認され、ＮＯの場
合ステップＳ２１において、新しい検出器の取付誤差を
設定し、ステップＳ１６に戻る。またステップＳ２０に
おいて、ＹＥＳの場合はステップＳ２２において、ＹＥ
Ｓとなった時点の取付誤差設定値を検出器取付誤差と判
定する。

【００１９】次に、評価ワークＷＢ計測時の検出器取付
誤差による測定誤差補正の手順を図１０のフローチャー
トの順に説明する。ステップＳ２３において、検出器取
付誤差Ｈと判定した値をバックアップファイルへ書込
み、ステップＳ２４において、評価ワークの設計値理想
形状データを入力する。次いでステップＳ２５におい
て、ロータリテーブル４上に評価ワークＷＢを取付け、
ステップＳ２６において、バックアップファイルの取付
誤差Ｈの値を読み込む。

【００２０】ステップＳ２７において、評価ワークの測
定を行い、測定点群データを得る。ステップＳ２８にお
いてこの測定点群データの回転角度θは、検出器２２の
取付誤差Ｈにより発生する角度誤差Δθを含むため、実
際の角度はθ−Δθであるので、θ−Δθ≒θ−ｔａｎ
^-1（Ｈ／Ｌ（θ））として角度補正を行い、ステップＳ
２９において、演算処理を行って測定点群データの誤差
補正を行い、検出器の取付誤差Ｈによる測定誤差を除去
し、ステップＳ３０において、評価形状誤差を出力す
る。

【００２１】次に既にバックアップファイルに検出器取
付誤差Ｈの値が書込まれている検出器２２を新しい検出
器に取り替えた場合の検出器取付誤差の算出手順を図１
１のフローチャートの順に説明する。ステップＳ３１に
おいて、検出器２２を交換し、ステップＳ３２におい
て、バックアップファイルの取付誤差Ｈの値を読み込
み、ステップＳ３３において、ロータリテーブル４上の
偏心位置に真円の検定用ワークＷＡを取付けて測定を行
い測定点群データを得る。ステップＳ３４において、こ
の測定点群データは交換前の取付誤差補正を行ったデー
タであり、回転角度θをθ＋Δθとして誤差補正の無い
状態にする必要がある。このためθ＋Δθ≒θ＋ｔａｎ
^-1（Ｈ／Ｌ（θ））として角度補正を行い、ステップＳ
３５において図９のステップＳ１６〜ステップＳ２２の
手順により検出器取付誤差を算出する。

【００２２】

【発明の効果】本発明は上述のとおり構成されているの
で、次に記載する効果を奏する。円筒座標型三次元測定
器において、真円の検定用ワークをロータリテーブル上
偏心位置に載置して、検定用ワークを測定し、求めた形
状誤差が検出器取付誤差に依存することを利用して、半
径値検出用検出器の取付誤差を求めるようにしたので、
一連の測定行為の一部として検出器取付誤差を知ること
が可能となり、測定者が検出器取付誤差を知らずに誤っ
た評価結果を得ることを未然に防止することができる。
また半径値検出器の取付誤差により発生する測定誤差を
角度誤差を補正することにより除去するようにしたので
測定精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の円筒座標型三次元測定器の斜視図で
ある。

【図２】図１の正面図である。

【図３】本実施例の円筒座標型三次元測定器の構成図で
ある。

【図４】円筒座標型三次元測定器のワークのサンプリン
グ手順のフローチャート図である。

【図５】検出器取付誤差と検定用ワーク検出器の先端球
の幾何学的関係を示した説明図である。

【図６】偏心円の角度と半径値の関係を示した説明図で
ある。

【図７】ａ〜ｃは検出器取付誤差に伴う形状誤差曲線の
変化を表すグラフ図である。

【図８】図７ａ〜ｃの形状誤差曲線算出用の説明図であ
る。

【図９】検出器取付誤差算出のフローチャート図であ
る。

【図１０】評価ワークの測定と検出器取付誤差補正のフ
ローチャート図である。

【図１１】取付誤差が分かっている既存の検出器を新し
い検出器に取り替える場合の取付誤差算出のフローチャ
ート図である。

【図１２】従来の検出器取付誤差算出方法の説明図であ
る。

【符号の説明】

４ ロータリテーブル ５ Ｃ軸ロータリエ
ンコーダ １２ サドル １７ スライダ ２０ 触針 ２０ａ 先端球 ２２ 検出器 ２３ 演算用パソコ
ン ２４ 制御装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータリテーブル（Ｃ軸）と直交二直線
   案内軸（Ｘ・Ｚ軸）からなる三次元測定器の半径値検出
   用検出器の取付誤差の算出方法であって、前記ロータリ
   テーブル上の偏心位置に真円の検定用ワークを取付けて
   測定した各回転角度ごとの半径値の第１測定点群データ
   を記憶し、取付誤差の初期値として設定した適当な値と
   前記第１測定点群データの半径値から仮の角度誤差を演
   算により求め、前記第１測定点群データの各回転角度を
   前記仮の角度誤差により角度補正した補正測定点群デー
   タを記憶し、前記補正測定点群データの最小二乗円に対
   する残差の平方和を演算により求め、前記平方和が予め
   記憶する許容値以下になるまで順次新しい取付誤差の値
   を設定し、前記許容値以下になったときの設定値を検出
   器の取付誤差と判定することを特徴とする円筒座標型三
   次元測定器の検出器取付誤差の算出方法。
2. 【請求項２】 ロータリテーブル上に評価ワークを取付
   けて測定した各回転角ごとの半径値の第２測定点群デー
   タを、検出器取付誤差と前記第２測定点群データの半径
   値とから演算により測定誤差を補正することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の円筒座標型三次元測定器
   の測定誤差の補正方法。