JPH07218207A - 表面形状測定装置 - Google Patents
表面形状測定装置Info
- Publication number
- JPH07218207A JPH07218207A JP1031594A JP1031594A JPH07218207A JP H07218207 A JPH07218207 A JP H07218207A JP 1031594 A JP1031594 A JP 1031594A JP 1031594 A JP1031594 A JP 1031594A JP H07218207 A JPH07218207 A JP H07218207A
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- slider
- displacement sensor
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- A Measuring Device Byusing Mechanical Method (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 表面形状を検出する変位センサの運動誤差を
低減し、測定精度の向上を図ることができる平面形状測
定装置を提供する。 【構成】 ベッド11と、ベッド面に平行なX軸ガイド
14と、X軸ガイド14にX軸方向に移動可能に取り付
けられたX軸スライダ15と、X軸スライダ送り装置1
6と、X軸スライダの位置を検出するX軸変位センサ1
6と、X軸スライダ15に取り付けられたZ軸変位セン
サ21と、ベッド上でY軸方向に被測定物Mを送る送り
装置26とを備え、X軸、Y軸、およびZ軸がそれぞれ
直交する表面形状測定装置において、Z軸変位センサ2
1のプローブ22の先端がX軸ガイド14の中心線を通
るXZ平面近傍に位置している。
低減し、測定精度の向上を図ることができる平面形状測
定装置を提供する。 【構成】 ベッド11と、ベッド面に平行なX軸ガイド
14と、X軸ガイド14にX軸方向に移動可能に取り付
けられたX軸スライダ15と、X軸スライダ送り装置1
6と、X軸スライダの位置を検出するX軸変位センサ1
6と、X軸スライダ15に取り付けられたZ軸変位セン
サ21と、ベッド上でY軸方向に被測定物Mを送る送り
装置26とを備え、X軸、Y軸、およびZ軸がそれぞれ
直交する表面形状測定装置において、Z軸変位センサ2
1のプローブ22の先端がX軸ガイド14の中心線を通
るXZ平面近傍に位置している。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、工作物その他の平面
度、表面粗さ、表面うねりなどの表面形状を測定する表
面形状測定装置に関する。
度、表面粗さ、表面うねりなどの表面形状を測定する表
面形状測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、平面度などの表面形状を測定する
には、Z軸変位センサのプローブで被測定物の表面(X
Y平面)を接触あるいは非接触で走査し、プローブ先端
のZ軸方向の変位を検出している。表面形状測定装置
は、ベッド面に平行なX軸ガイドと、X軸ガイドにX軸
方向に移動可能に取り付けられたX軸スライダとを備え
ている。X軸スライダはリニアサーボモータなどによっ
てX軸方向に送られ、X軸スライダの位置はリニアスケ
ールなどで検出される。上記Z軸変位センサは、X軸ス
ライダに取り付けられている。被測定物は、Y軸方向に
移動可能なテーブルに固定される。
には、Z軸変位センサのプローブで被測定物の表面(X
Y平面)を接触あるいは非接触で走査し、プローブ先端
のZ軸方向の変位を検出している。表面形状測定装置
は、ベッド面に平行なX軸ガイドと、X軸ガイドにX軸
方向に移動可能に取り付けられたX軸スライダとを備え
ている。X軸スライダはリニアサーボモータなどによっ
てX軸方向に送られ、X軸スライダの位置はリニアスケ
ールなどで検出される。上記Z軸変位センサは、X軸ス
ライダに取り付けられている。被測定物は、Y軸方向に
移動可能なテーブルに固定される。
【0003】一般に、X軸スライダは、ブリッジまたは
カンチレバーを形成するようにしてコラムによって支持
されている。また、X軸スライダおよびテーブルは、駆
動力を小さくし、操作性を高めるために、空気軸受ある
いは球軸受などにより構成されている。
カンチレバーを形成するようにしてコラムによって支持
されている。また、X軸スライダおよびテーブルは、駆
動力を小さくし、操作性を高めるために、空気軸受ある
いは球軸受などにより構成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】図3は従来の表面形状
測定装置で、Z軸変位センサをX軸スライダに取り付け
た状態を示している。すなわち、Z軸変位センサ6はホ
ルダ4を介してX軸スライダ3の側面に取り付けられて
いる。したがって、ホルダ4に固定されたZ軸変位セン
サ6のプローブ7の先端8は、図3に示すようにX軸ガ
イド1の断面中心Cを通る垂直線(Z軸線)Zからずれ
ている。一方、X軸スライダ3はX軸ガイド1に沿って
移動するが、X軸ガイド1の形状精度の要因あるいはそ
の他外力、外乱の影響により、被測定物の表面を走査中
に、X軸スライダ3がX軸ガイド1のYZ断面中心Cを
通るX軸線回りに回転(ローリング)することがある。
X軸スライダ3がΔθだけローリングすると、図に示す
ようにプローブ7の先端8が測定面に対して上下にΔh
だけ変位する。ここで、X軸ガイド1のYZ断面中心C
を通るZ軸線Zと、YZ断面中心Cとプローブ先端8を
結ぶ線分Rとの間の角をθとする。Δθは小さい(たと
えば、0.001°以下)ので、プローブ先端8の上下
変位量Δhはほぼ RΔθ sin(θ+1/2Δθ)…(1) となる。この上下変位量Δh、すなわちRΔθ sin(θ
+1/2Δθ)は測定精度の上から無視できない大きさ
である。このために、X軸スライダ3のローリングによ
り測定精度が低下するという問題があった。たとえば、
X軸スライダ3のローリングによりプローブ先端8が上
下して、0.1μm オーダの運動誤差を生じていた。
測定装置で、Z軸変位センサをX軸スライダに取り付け
た状態を示している。すなわち、Z軸変位センサ6はホ
ルダ4を介してX軸スライダ3の側面に取り付けられて
いる。したがって、ホルダ4に固定されたZ軸変位セン
サ6のプローブ7の先端8は、図3に示すようにX軸ガ
イド1の断面中心Cを通る垂直線(Z軸線)Zからずれ
ている。一方、X軸スライダ3はX軸ガイド1に沿って
移動するが、X軸ガイド1の形状精度の要因あるいはそ
の他外力、外乱の影響により、被測定物の表面を走査中
に、X軸スライダ3がX軸ガイド1のYZ断面中心Cを
通るX軸線回りに回転(ローリング)することがある。
X軸スライダ3がΔθだけローリングすると、図に示す
ようにプローブ7の先端8が測定面に対して上下にΔh
だけ変位する。ここで、X軸ガイド1のYZ断面中心C
を通るZ軸線Zと、YZ断面中心Cとプローブ先端8を
結ぶ線分Rとの間の角をθとする。Δθは小さい(たと
えば、0.001°以下)ので、プローブ先端8の上下
変位量Δhはほぼ RΔθ sin(θ+1/2Δθ)…(1) となる。この上下変位量Δh、すなわちRΔθ sin(θ
+1/2Δθ)は測定精度の上から無視できない大きさ
である。このために、X軸スライダ3のローリングによ
り測定精度が低下するという問題があった。たとえば、
X軸スライダ3のローリングによりプローブ先端8が上
下して、0.1μm オーダの運動誤差を生じていた。
【0005】この発明は、表面形状を検出する変位セン
サの運動誤差を低減し、測定精度の向上を図ることがで
きる平面形状測定装置を提供しようとするものである。
サの運動誤差を低減し、測定精度の向上を図ることがで
きる平面形状測定装置を提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】この発明の表面形状測定
装置は、ベッドと、ベッド面に平行なX軸ガイドと、X
軸ガイドにX軸方向に移動可能に取り付けられたX軸ス
ライダと、X軸スライダ送り装置と、X軸スライダの位
置を検出するX軸変位センサと、X軸スライダに取り付
けられたZ軸変位センサと、ベッド上でY軸方向に被測
定物を送る送り装置とを備え、Z軸変位センサのプロー
ブの先端がX軸ガイドの中心線を通るXZ平面近傍に位
置している。
装置は、ベッドと、ベッド面に平行なX軸ガイドと、X
軸ガイドにX軸方向に移動可能に取り付けられたX軸ス
ライダと、X軸スライダ送り装置と、X軸スライダの位
置を検出するX軸変位センサと、X軸スライダに取り付
けられたZ軸変位センサと、ベッド上でY軸方向に被測
定物を送る送り装置とを備え、Z軸変位センサのプロー
ブの先端がX軸ガイドの中心線を通るXZ平面近傍に位
置している。
【0007】X軸スライダは、空気軸受などの高精度案
内機構を介して支持することが好ましい。X軸スライダ
送り装置として、リニアサーボモータやボールスクリュ
ーが用いられる。また、X軸変位センサには、磁気スケ
ールやレーザ干渉計などのリニアスケールがある。Z軸
変位センサとして、差動変圧器式変位計、静電容量式変
位計、レーザ干渉計、あるいは空気マイクロメータなど
の変位センサが用いられる。Z軸方向は、垂直または水
平のいずれであってもよい。Z軸変位センサのプローブ
の先端はX軸ガイドの中心線を通るXZ平面に正確に位
置する必要はなく、許容測定誤差の範囲内でずれていて
もよい。許容範囲は装置各部の寸法と求められる精度に
より式(1)から定まる。例えばR=135 mm 、Xガ
イド断面の辺長が100 mm で、この辺に対して1μm
の振幅を与えるローリング誤差がある場合、Δθ=1×
10-5rad となり、Δhを0.1μm 以下にするには、
Xガイドの中心線を通るXZ平面と、X軸中心線とプロ
ーブ先端を結ぶ線分との間の角がすなわちθ±4°以内
であればよい。
内機構を介して支持することが好ましい。X軸スライダ
送り装置として、リニアサーボモータやボールスクリュ
ーが用いられる。また、X軸変位センサには、磁気スケ
ールやレーザ干渉計などのリニアスケールがある。Z軸
変位センサとして、差動変圧器式変位計、静電容量式変
位計、レーザ干渉計、あるいは空気マイクロメータなど
の変位センサが用いられる。Z軸方向は、垂直または水
平のいずれであってもよい。Z軸変位センサのプローブ
の先端はX軸ガイドの中心線を通るXZ平面に正確に位
置する必要はなく、許容測定誤差の範囲内でずれていて
もよい。許容範囲は装置各部の寸法と求められる精度に
より式(1)から定まる。例えばR=135 mm 、Xガ
イド断面の辺長が100 mm で、この辺に対して1μm
の振幅を与えるローリング誤差がある場合、Δθ=1×
10-5rad となり、Δhを0.1μm 以下にするには、
Xガイドの中心線を通るXZ平面と、X軸中心線とプロ
ーブ先端を結ぶ線分との間の角がすなわちθ±4°以内
であればよい。
【0008】
【作用】この発明では、図2に示すようにZ軸変位セン
サ21のプローブ22の先端23がX軸ガイド14のX
軸ガイドの中心線を通るXZ平面近傍に位置している。
したがって、Z軸変位センサ21のローリングによる上
下の変位量Δhは、 Δh=RΔθ sin(1/2Δθ)…(2) となる。式(2)で与えられる変位量Δhは式(1)で
与えられる変位量に比べて5桁ほど小さく、上下の変位
量Δhはほとんど無視できる。
サ21のプローブ22の先端23がX軸ガイド14のX
軸ガイドの中心線を通るXZ平面近傍に位置している。
したがって、Z軸変位センサ21のローリングによる上
下の変位量Δhは、 Δh=RΔθ sin(1/2Δθ)…(2) となる。式(2)で与えられる変位量Δhは式(1)で
与えられる変位量に比べて5桁ほど小さく、上下の変位
量Δhはほとんど無視できる。
【0009】また、Z軸変位センサ21の重心はX軸ガ
イドの中心線を通るXZ平面近傍にある。したがって、
Z軸変位センサ21の重量によってX軸スライダ15に
作用する回転モーメントは小さい。このために、X軸ス
ライダ15のローリングは小さくなり、これによっても
測定誤差は小さくなる。
イドの中心線を通るXZ平面近傍にある。したがって、
Z軸変位センサ21の重量によってX軸スライダ15に
作用する回転モーメントは小さい。このために、X軸ス
ライダ15のローリングは小さくなり、これによっても
測定誤差は小さくなる。
【0010】
【実施例】図1および図2は、この発明のブリッジ形表
面形状測定装置の一例を示している。平面測定装置のベ
ッド11上に、ブリッジ形支持フレーム12が取り付け
られている。ブリッジ形支持フレーム12は、コラム1
3によってX軸エアガイド14を水平に支えている。X
軸エアスライダ15が、X軸エアガイド14に摺動可能
に取り付けられている。X軸エアスライダ15はX軸エ
アガイド14に案内され、リニアサーボモータ16によ
り駆動されてX軸方向に移動する。X軸エアスライダ1
5の位置は、レーザ干渉式のX軸リニアスケール17で
検出する。
面形状測定装置の一例を示している。平面測定装置のベ
ッド11上に、ブリッジ形支持フレーム12が取り付け
られている。ブリッジ形支持フレーム12は、コラム1
3によってX軸エアガイド14を水平に支えている。X
軸エアスライダ15が、X軸エアガイド14に摺動可能
に取り付けられている。X軸エアスライダ15はX軸エ
アガイド14に案内され、リニアサーボモータ16によ
り駆動されてX軸方向に移動する。X軸エアスライダ1
5の位置は、レーザ干渉式のX軸リニアスケール17で
検出する。
【0011】X軸エアスライダ15の下面から、ホルダ
18が下方に垂直に延びている。ホルダ18は、下方に
延びるガイド溝19を備えている。Z軸変位センサ21
はホルダ18のガイド溝19に摺動可能にはめ合ってい
る。Z軸変位センサ21のプローブ22の先端23が、
X軸エアガイド14のYZ断面中心Cを通るように、Z
軸変位センサ21はホルダ18に取り付けられている。
調整ねじ24によりZ軸変位センサ21の上下位置を微
調整する。Z軸変位センサ21は、プローブ先端23の
上下変位を検出する。
18が下方に垂直に延びている。ホルダ18は、下方に
延びるガイド溝19を備えている。Z軸変位センサ21
はホルダ18のガイド溝19に摺動可能にはめ合ってい
る。Z軸変位センサ21のプローブ22の先端23が、
X軸エアガイド14のYZ断面中心Cを通るように、Z
軸変位センサ21はホルダ18に取り付けられている。
調整ねじ24によりZ軸変位センサ21の上下位置を微
調整する。Z軸変位センサ21は、プローブ先端23の
上下変位を検出する。
【0012】また、ベッド11上にY軸エアスライダ2
6が設けられている。Y軸エアスライダ26は、ボール
ねじを介してサーボモータ(いずれも図示しない)によ
り駆動され、Y軸方向に移動する。Y軸エアスライダ2
6の位置は、レーザ干渉式のY軸リニアスケール(図示
しない)で検出する。被測定物Mを保持するテーブル2
8が、Y軸エアスライダ26上に取り付けられている。
6が設けられている。Y軸エアスライダ26は、ボール
ねじを介してサーボモータ(いずれも図示しない)によ
り駆動され、Y軸方向に移動する。Y軸エアスライダ2
6の位置は、レーザ干渉式のY軸リニアスケール(図示
しない)で検出する。被測定物Mを保持するテーブル2
8が、Y軸エアスライダ26上に取り付けられている。
【0013】上記のように構成された表面形状測定装置
によって、たとえば平面度を測定するには、Z軸変位セ
ンサ21をX軸方向に送って、被測定物Mの一断面に沿
った表面形状(凹凸)を測定する。ついで、テーブル2
8をY軸方向にあらかじめ設定した送り量だけ送り、次
の断面についての表面形状を測定する。これらの測定結
果は、コンピュータ30に入力される。X軸方向の測定
を被測定物Mの所要の領域にわたって繰り返し、測定し
た表面形状全体からその領域の平面度をコンピュータ3
0で求める。なお、ここで用いたZ軸変位センサ21の
分解能は、0.01μm である。また、リニアスケール
によるXおよびY軸方向の位置決めの分解能は、それぞ
れ1μm である。
によって、たとえば平面度を測定するには、Z軸変位セ
ンサ21をX軸方向に送って、被測定物Mの一断面に沿
った表面形状(凹凸)を測定する。ついで、テーブル2
8をY軸方向にあらかじめ設定した送り量だけ送り、次
の断面についての表面形状を測定する。これらの測定結
果は、コンピュータ30に入力される。X軸方向の測定
を被測定物Mの所要の領域にわたって繰り返し、測定し
た表面形状全体からその領域の平面度をコンピュータ3
0で求める。なお、ここで用いたZ軸変位センサ21の
分解能は、0.01μm である。また、リニアスケール
によるXおよびY軸方向の位置決めの分解能は、それぞ
れ1μm である。
【0014】この実施例ではX軸エアガイド14のYZ
断面中心Cからプローブ先端23までの距離は220 m
m であり、従来装置では200 mm であった。また、X
軸エアスライダ3、15の最大ローリング角は5.7×
10-4度であった。このとき、この実施例の装置ではX
軸エアスライダ15のローリングによる平面度の測定誤
差は計算上は1.1×10-5μm であり、実際には計測
不可能であった。これに対して、従来装置では約1.1
μm であった。
断面中心Cからプローブ先端23までの距離は220 m
m であり、従来装置では200 mm であった。また、X
軸エアスライダ3、15の最大ローリング角は5.7×
10-4度であった。このとき、この実施例の装置ではX
軸エアスライダ15のローリングによる平面度の測定誤
差は計算上は1.1×10-5μm であり、実際には計測
不可能であった。これに対して、従来装置では約1.1
μm であった。
【0015】
【発明の効果】この発明の表面形状測定装置は、Z軸変
位センサのプローブの先端がX軸ガイドの中心線を通る
XZ平面近傍に位置している。このために、Z軸変位セ
ンサがX軸線回りに回転しても運動誤差は小さく、測定
精度は向上する。
位センサのプローブの先端がX軸ガイドの中心線を通る
XZ平面近傍に位置している。このために、Z軸変位セ
ンサがX軸線回りに回転しても運動誤差は小さく、測定
精度は向上する。
【0016】また、Z軸変位センサの重量によってX軸
スライダに作用する回転モーメントは小さい。このため
に、X軸スライダのローリングも小さくなり、これによ
っても測定精度は向上する。
スライダに作用する回転モーメントは小さい。このため
に、X軸スライダのローリングも小さくなり、これによ
っても測定精度は向上する。
【図1】この発明の表面形状測定装置の一例を示す斜視
図である。
図である。
【図2】図1に示す装置において、Z軸変位センサのX
軸エアスライダへの取付け状態を示す図面である。
軸エアスライダへの取付け状態を示す図面である。
【図3】従来の装置において、Z軸変位センサのX軸エ
アスライダへの取付け状態を示す図面である。
アスライダへの取付け状態を示す図面である。
1 X軸ガイド 3 X軸スライダ 4 ホルダ 6 Z軸変位センサ 7 プローブ 8 プローブ先端 11 ベッド 12 支持フレーム 14 X軸エアガイド 15 X軸スライダ 16 リニアサーボモータ 17 リニアスケール 18 ホルダ 21 Z軸変位センサ 22 プローブ 23 プローブ先端 28 テーブル 30 コンピュータ C X軸ガイドのYZ断面中心 M 被測定物 R X軸ガイドのYZ断面中心とプローブ先端を結ぶ線
分 Z X軸ガイドのYZ断面中心を通るZ軸線
分 Z X軸ガイドのYZ断面中心を通るZ軸線
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 孝 神奈川県川崎市幸区下平間239番地 黒田 精工株式会社内
Claims (1)
- 【請求項1】 ベッドと、ベッド面に平行なX軸ガイド
と、X軸ガイドにX軸方向に移動可能に取り付けられた
X軸スライダと、X軸スライダ送り装置と、X軸スライ
ダの位置を検出するX軸変位センサと、X軸スライダに
取り付けられたZ軸変位センサと、ベッド上でY軸方向
に被測定物を送る送り装置とを備え、X軸、Y軸、およ
びZ軸がそれぞれ直交する表面形状測定装置において、
Z軸変位センサのプローブの先端がX軸ガイドの中心線
を通るXZ平面近傍に位置していることを特徴とする表
面形状測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1031594A JPH07218207A (ja) | 1994-02-01 | 1994-02-01 | 表面形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1031594A JPH07218207A (ja) | 1994-02-01 | 1994-02-01 | 表面形状測定装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07218207A true JPH07218207A (ja) | 1995-08-18 |
Family
ID=11746817
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1031594A Pending JPH07218207A (ja) | 1994-02-01 | 1994-02-01 | 表面形状測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07218207A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2778738A1 (fr) * | 1998-05-14 | 1999-11-19 | Rech Etude Materiel Ind Remi | Dispositif de controle de positionnement et de centrage d'une piece |
| JP2014006202A (ja) * | 2012-06-26 | 2014-01-16 | Ulvac Japan Ltd | 起点座標補正方法 |
| JP2014006125A (ja) * | 2012-06-22 | 2014-01-16 | Ulvac Japan Ltd | 座標補正方法 |
| JP2016065722A (ja) * | 2014-09-22 | 2016-04-28 | キヤノン株式会社 | 形状測定装置 |
| CN119609198A (zh) * | 2024-09-18 | 2025-03-14 | 浙江双展精密机械股份有限公司 | 一种高平整的限位块加工用铣床 |
-
1994
- 1994-02-01 JP JP1031594A patent/JPH07218207A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2778738A1 (fr) * | 1998-05-14 | 1999-11-19 | Rech Etude Materiel Ind Remi | Dispositif de controle de positionnement et de centrage d'une piece |
| JP2014006125A (ja) * | 2012-06-22 | 2014-01-16 | Ulvac Japan Ltd | 座標補正方法 |
| JP2014006202A (ja) * | 2012-06-26 | 2014-01-16 | Ulvac Japan Ltd | 起点座標補正方法 |
| JP2016065722A (ja) * | 2014-09-22 | 2016-04-28 | キヤノン株式会社 | 形状測定装置 |
| CN119609198A (zh) * | 2024-09-18 | 2025-03-14 | 浙江双展精密机械股份有限公司 | 一种高平整的限位块加工用铣床 |
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