三维坐标测量仪用量器制造技术

本发明专利技术涉及用于三维坐标测量仪的性能评估的量器。本发明专利技术提供一种能够迅速且简便地同时对三维坐标测量仪进行校正、求出其直线度及垂直度的三维坐标测量仪用量器。在圆筒状或圆锥状的支撑体（１）的表面形成嵌合槽（２），将排列了数个球体（３）的球体固定部件（４）嵌合到该嵌合槽（２）中加以固定。在支撑体（１）上形成有标准环状量器（５）。将该三维坐标测量仪用量器（１０）固定在三维测量仪的测量台上，利用各球体的中心之间距离及由数个球体中心形成的轴线和平面来进行测量。能够以一次测量同时进行三维坐标测定仪的刻度的校正、直线度、垂直度这３个项目的评估。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于三维坐标测量仪的性能评估的量器，尤其是涉及使用将数个球体固定于具有圆筒状或圆锥状表面的支撑体上的量器、能够迅速且简便地同时对三维坐标测量仪进行校正、求出其直线度及垂直度的三维坐标测量仪用量器。
技术介绍
三维坐标测量仪(coordinate measuring machine也称为CMM)是利用存在于三维空间的离散的X、Y、Z的坐标点借助于计算机的帮助来测量尺寸及形状的测量仪，更具体地说，是使放置在标准底板上的被测量物和安装在测量仪的Z轴前端上的测头向X、Y、Z这三个方向相对移动，捕捉到测头接触到被测量物的瞬间，从该瞬间的电触发读出各移动轴方向的坐标值，基于该坐标值借助于计算机来进行尺寸和形状的计测。这样的三维坐标测量仪用于汽车用的发动机和变速器的外壳之类的机械零部件类的尺寸测量，使上述那样的测头的前端接触到设置于测量台上的被测量物来进行测量。一般来说，上述那样的三维坐标测量仪采用测头可以在相互垂直的3个方向上移动的结构，例如，在日本特开平2-306101号公报里所述的测量仪中，具有被测量物在所设定的测量台的两侧沿水平方向的导轨导向而直线移动的门柱状的第1移动体，在上述第1移动体上放置有能够在与该移动方向垂直的水平方向移动的第2移动体。在该第2移动体上设有可沿上下方向移动的测杆，在该测杆的前端安装有固定了球体的测头，使测头前端的球体接触到在测量台上设定好的被测量物的上面，同时使之沿三维方向移动来测量被测量物各部分的尺寸。在这样的三维坐标测量仪中，当测头前端的球体磨损时就不能正确地检测尺寸。另外，在三维坐标测量仪所产生的测量误差中还包含因对测头前端的移动进行导向的导轨等的导向部件的弯曲和变形而产生的测头前端的蛇行而导致的误差、及相对于对测头沿相互垂直的方向的移动进行导向的2个导向部件间的直角的角度误差等。三维坐标测量仪特别要求高精度，它在建立高品质的生产方式上是一个重要的因素。从保证三维坐标测量仪的高精度测量的意义来说，每次都检查三维坐标测量仪本身的精度，然后用该三维坐标测量仪进行测量之际，将精度检查的结果用作校准值来校正测量值，或以调整机构对三维坐标测量仪进行微调。在三维坐标测量仪的精度检查之际，需要作为基准的量器，作为该量器，必须做到通过使三维坐标测量仪的测头三维地移动而能够评估该检测值。对众多研究者来说如何来检查三维坐标测量仪的各轴的误差是一个重大的课题。因此，虽提出了以求出三维坐标测量仪的误差为目的的量器的方案，但众所周知的事实是它们都基本上是通过坐标球体的测定来进行的。并且，以何种方式配置坐标球体、如何制作测量评估量器成为下一个问题；人们对将坐标球体怎样配置在同一平面内，或如何立体地配置等，进行了各种各样的讨论。作为这样的三维坐标测量仪的测量评估用的量器，本专利技术的专利技术人等提出了如日本特开2001-330428号公报所示的三维坐标测量仪的测量误差评估方法及三维坐标测量仪用量器的方案。这里所用的量器是如图7A～图7D所示的量器，该三维坐标测量仪用量器31在顶视图中具有等腰梯形的轮廓、由具有均匀厚度的块状的支撑体32、及在该支撑体32的两侧的倾斜的面上5个等间隔排列的数个球体33组成。支撑体32的各面精加工成高精度的平面，在其厚度方向上开有4个通孔34。采用如上所述的三维坐标测量仪用量器31，在进行三维坐标测量仪的校正评估之际，首先使测头与1个坐标球体S1的赤道上的4个点和极的一个点共计5个点接触，从这些位置以几何方法计算出球体的中心位置。同样，测量同列上的另一端的球体S5和相反一侧的列上同样的2个球体S6、S10共4个地方的中心位置，决定包含这些球体的中心的假想基准平面P。其次，将通过相对的列的相互相反一侧端部的球体S1、S10的各自的中心的直线作为A轴(参照图8)，将该A轴上的中间点、即A轴和基准轴N的交点O作为原点，设定附加在三维坐标测量仪用量器31上的坐标系，即量器坐标系。该量器坐标系在假想基准平面内是以基准轴的方向为X轴、以上述A轴的方向为Y轴的直角坐标系中，由于与被设定在三维坐标测量仪的机械轴方向上的机械坐标系一一对应，所以能够以量器坐标系来完全处理各球体中心的坐标值。在三维坐标测量仪用量器31的设定位置的坐标设定后，依次测量全部球体的中心位置，然后，沿反方向返回并同时测量上述球体的中心位置。对每个球体各进行两次球体中心位置的测量。随后，将三维坐标测量仪用量器31绕基准轴N反转180度并重新设定在安装夹具上，以和上述相同的顺序决定假想基准平面和A轴，在三维坐标测量仪用量器31上重新设定新的量器坐标系。其次，和上述同样，依次对每个球体各测量2次全部球体的中心位置后，依次沿反方向返回的同时，同样对全部球体的每个球体各进行2次测量。作为三维坐标测量仪的测量误差的评估，首先，从由全部球体的测量得到的球径的测量结果和这些球体的球径的真实值来进行与球体的稳定测量相关的误差评估。其次，从将三维坐标测量仪用量器31放在表面一侧测到的测量值计算出球体间的X轴(基准轴N)方向的中心间距离和Y轴(A轴)方向的中心间距离，与这些球体间距离的规定的真实值比较来进行误差评估。其次，从将三维坐标测量仪用量器31反转180度测得的测量值，从将三维坐标测量仪用量器31放在表面一侧测得的测量值计算出球体间沿A轴方向的中心距离ΔX’k-1和沿基准轴N方向的中心距离ΔY’k-1，与这些球体间距离的真实值比较来进行误差评估。在这里，通过将三维坐标测量仪用量器31设定在表面一侧的场合和绕基准轴N反转180度设定的场合的两个值平均来评估误差，就提高了评估值的精度。其次，进行三维坐标测量仪的机械轴的直线度的评估。首先，为了检查机械轴沿X方向的直线度，将三维坐标测量仪用量器31设定在表面一侧时，从球体S1～S5这5个球体的坐标值Yi和反转设定时的相同球体的坐标值Y’i求出δi＝(Yi-Y’i)/2。相互垂直的两个方向的直线度以在该两个方向分别垂直的两组几何学平行的平面夹住的直线方式时，以两组平行的平面的各间隔为最小时的两个平面的间隔，即，以两组平行的平面区分开的长方体的两个边的长度来表示。另外，对S6～S10的5个球体也进行同样的计算并将两者求平均值来进行直线度的评估。其次，进行三维坐标测量仪的2个机械轴间的垂直度的评估。如图9所示，首先，为了进行X方向和Y方向的垂直度的评估，求出在三维坐标测量仪用量器31的表面一侧的、利用最小平方法从5个球体的中心的坐标值得到的、这些中心的回归线R与坐标轴X所成的角度θ。其次，从反转三维坐标测量仪用量器31时的这5个球体的中心的坐标值，求出同样用最小平方法得到的回归线R’与坐标轴X所成的角度θ’，通过(θ-θ’)/2来进行三维坐标测量仪的垂直度的评估。另外，从另一侧的5个球体S6对S10也以同样的顺序进行垂直度的评估，以两次结果的平均来评估三维坐标测量仪的X、Y两轴间的垂直度。上述操作是把三维坐标测量仪用量器31如图7A所示的姿势设定在三维坐标测量仪上进行的，其它，如图7B所示将三维坐标测量仪用量器31在XY平面内旋转90度的方向设定来进行Y方向的机械轴的直线度的评估。另外，如图7C所示通过竖立设定该三维坐标测量仪用量器31可评估Z方向的机械轴对X方向的弯曲的直线度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维坐标测量仪用量器，其特征在于，含有：具有使直线状的母线绕中心轴线旋转而得到的旋转体的外周面的支撑体，及安装在上述支撑体的外周面上、由相对于上述支撑体的中心轴线配置在对称位置的两个坐标球体组件组成的最少一组坐标球体组件；　　　　上述坐标球体组件的至少一组具有排列在直线上的数个坐标球体。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：松田次郎，
申请(专利权)人：独立行政法人产业技术综合研究所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]