(57)【要約】【課題】  被測定面に設けられた、光学的に距離を測定する指標となる線状溝の交差位置を容易に見出すことができる光学式３次元測定機の検査マスタ用基準部材を提供する。【解決手段】  検査マスタのマスタ本体に取り付けられる基準部材９の被測定面９Ａを、球体表面に形成された円形の平坦面とし、この被測定面９Ａには、その中心付近に３次元測定機から照射された測定光を乱反射させる微細な線状溝Ｇが被測定面９Ａの中心位置Ｏで互いに交差するように複数設けられているとともに、線状溝よりも幅広のマーカー溝Ｍが、それぞれの線状溝Ｇの外側に隣接して被測定面９Ａの径方向に放射状に複数設けられている。マーカー溝Ｍは、測定光を線状溝より強く乱反射するため、測定の指標となる中心位置Ｏを容易に見出すことできる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学式３次元測定機用検査マスタのマスタ本体に取り付けられる基準部材であって、３次元測定機から照射された測定光を反射する被測定面を有し、前記被測定面が球体表面に形成された円形の平坦面で構成され、前記被測定面には、その中心付近に測定光を乱反射させる微細な線状溝が当該被測定面の中心位置で互いに交差するように複数設けられているとともに、線状溝よりも幅広で測定光をより強く乱反射させるマーカー溝が、それぞれの線状溝の外側に隣接して被測定面の径方向に放射状に複数設けられていることを特徴とする光学式３次元測定機の検査マスタ用基準部材。
【請求項２】
線状溝とマーカー溝は、被測定面上で直交する２つの直径上にそれぞれ配置されているとともに、マーカー溝の中心寄りの端部は楔状に尖ってその先端が線状溝に連続していることを特徴とする請求項１記載の光学式３次元測定機の検査マスタ用基準部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学式の３次元測定機の精度検査や測定誤差の校正に使用する検査マスタの基準部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車のエンジンや変速機のケース類のような機械部品類の寸法測定には、測定テーブル（ベッド）上にセッティングした被測定物に対してプローブ（測定子）の先端を接触させて測定を行うようにした３次元測定機が用いられている。
【０００３】
このような３次元測定機は、測定精度を維持するために、高精度に仕上げられた基準となる検査マスタを用いて、定期的に精度の検査や測定誤差の校正が行われている。（特許文献１、２参照）
【０００４】
これらの検査マスタは、３次元測定機のプローブが接触するための高精度に仕上げられた基準測定面を有する複数の基準部材を備えており、３次元測定機による異なる基準部材の基準測定面間の距離等の実測データを検査マスタの基準値と比較することにより、３次元測定機の精度を評価している。
【０００５】
前述したような、被測定物にプローブの先端を接触させて測定する接触式の３次元測定機は、被測定面がプローブとの接触で、傷つく恐れがあったり、あるいは、簡単に変形を生じる素材で製作された被測定物の寸法測定には不向きであり、このような被測定物の場合には、寸法測定を非接触で行うことのできる光学式の３次元測定機が用いられている。
【０００６】
光学式の３次元測定機は、被測定物に接触するプローブを備えておらず、代わりに測定光を被測定面に照射し、その反射光をＣＣＤカメラ等の検出器で受光して、被測定面の位置を測定する構造になっている。
【０００７】
このような光学式の３次元測定機の精度検査や測定誤差の校正を行う場合、接触式の３次元測定機用に製作されている検査マスタは、基準測定面に光学的に距離を測定するための指標が設けられていないため、使用することができなかった。
【０００８】
そこで、検査マスタに装着する基準部材に球面状の被測定面を設け、この被測定面上に一点で互いに交差する複数の線状溝を形成し、これらの線状溝で光学式の３次元測定機から照射される測定光を乱反射させてその反射光を捉えることで、光学式の３次元測定機の精度検査や校正等を、接触式の３次元測定機と同様に行えるようにした技術が提案されている。（特許文献３参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−３３０４２８号公報
【特許文献２】特開２００２−１９５８２０号公報
【特許文献３】特許第４０４９２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述した光学式の３次元測定機用の検査マスタに装着する基準部材は、位置測定の精度を高めるため、被測定面上の指標となる線状溝の線幅は５μ程度と極めて微細に加工されている。
【００１１】
そのため、ＣＣＤカメラが受光する線状溝からの反射光は微弱であり、特に、周囲の照明等の外光が被測定面にしてＣＣＤカメラに入る場合等においては、指標となる線状溝の交差位置を見出すことが困難となる問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は、前述したような、光学式の３次元測定機の検査マスタ用基準部材の問題を解消し、被測定面に設けられた、光学的に距離を測定する指標となる線状溝の交差位置を容易に見出すことができる光学式３次元測定機の検査マスタ用基準部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記目的のために提供される本発明の検査マスタ用基準部材は、光学式３次元測定機の精度検査に使用する検査マスタ用基準部材であって、３次元測定機から照射された測定光を反射する被測定面を有し、前記被測定面が、球体表面に形成された円形の平坦面で構成され、前記被測定面には、その中心付近に測定光を乱反射させる微細な線状溝が当該被測定面の中心位置で互いに交差するように複数設けられているとともに、線状溝よりも幅広で測定光をより強く乱反射させるマーカー溝が、それぞれの線状溝の外側に隣接して被測定面の径方向に放射状に複数設けられている。
【００１４】
本発明の検査マスタ用基準部材においては、線状溝とマーカ溝は、被測定面上で直交する２つの直径上にそれぞれ配置されているとともに、マーカー溝の中心寄りの端部は楔状に尖ってその先端に線状溝が連続していることが望ましい。また、被測定面を除いた部分が球面から構成されていることも望ましい。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１に記載された発明によれば、３次元測定機から測定光が基準部材の被測定面に照射されると、線状溝の外側に設けられた複数のマーカー溝が測定光を強く乱反射するため、マーカー溝からの反射光を目印にして、これらのマーカー溝の内側にある微細な線状溝の交点位置を容易に見出すことができる。
【００１６】
また、基準部材は、高い寸法精度で仕上げられた既製の鋼球等の球体に、被測定面となる平坦面を加工して簡単に製作することができるため、高い精度が得られるとともに、低コストで製作することができる。
【００１７】
請求項２に記載された発明によれば、線状溝とマーカー溝は、被測定面上で直交する２つの直径上にそれぞれ配置されているとともに、マーカー溝の中心寄りの端部は楔状に尖ってその先端が線状溝に連続しているため、十字状に配列されたマーカー溝の中心側に向くそれぞれの尖った先端の延長線上にある線状溝の交点位置をより簡単に見つけ出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の検査マスタ用基準部材を装着した検査マスタを光学式３次元測定機にセットした状態を示す斜視図である。
【図２】本発明の検査マスタ用基準部材が装着されている検査マスタの斜視図である。
【図３】本発明の検査マスタ用基準部材が装着されている検査マスタの平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図５】本発明の検査マスタ用基準部材の斜視図である。
【図６】本発明の検査マスタ用基準部材の平面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、本発明の検査マスタ用基準部材（以下、単に基準部材という。）を装着した検査マスタを、光学式３次元測定機（以下、単に３次元測定機という。）にセットした状態を示す斜視図であって、同図に示すように、３次元測定機１は、被測定物を載せる測定テーブル２を有し、この測定テーブル２の両側に、水平なＸ方向にスライド自在に設けられた門型の可動フレーム３と、前記可動フレーム３に対して、前記Ｘ方向と直交する水平なＹ方向にスライド自在に設けられたヘッド部４と、前記ヘッド部４に対し、Ｚ方向すなわち上下方向にスライド自在に設けられた昇降筒５とを備えている。
【００２０】
前記昇降筒５の内部には、図示しないが、被測定物に向けて測定光としてのレーザ光を照射するレーザ光源と、前記被測定物から反射されてきたレーザ光を受光するＣＣＤカメラが内蔵されており、可動フレーム３、ヘッド部４、及び、昇降筒５をそれぞれ、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向へ移動させることによって、レーザー光源とともにＣＣＤカメラの位置を測定テーブル２上の所望の位置へ３次元的に位置決めできるようになっている。
【００２１】
この３次元測定機１によって、エンジンブロック等のワークの仕上げ面の寸法測定等を行う場合には、測定テーブル２上にワークを載せ、昇降筒５の下端から下方に向けてレーザ光を照射して前記ワークの被測定面に当て、その反射光をＣＣＤカメラで捉えて当該被測定面の座標位置を測定する。
【００２２】
一方、３次元測定機１の精度検査や測定誤差の校正を行う場合には、図１に示すように、ワークに代えて、測定テーブル２上に治具パレット６を固定して、この治具パレット６上に検査マスタ７を載置する。
【００２３】
そして、検査マスタ７に設けた後述する複数の基準部材９の被測定面にそれぞれ、昇降筒５から測定光としてのレーザ光を当て、その反射光を昇降筒５内部のＣＣＤカメラで捉えて３次元方向に各基準部材の被測定面上の測定点の座標位置を測定する。
【００２４】
図２は、本実施形態において使用する検査マスタ７の斜視図、図３はその平面図、図４は、図３におけるＡ−Ａ線位置における縦断面図をそれぞれ示すものであって、これらの図に示すように、検査マスタ７は、外径が大小異なる扁平な２つの円筒部８Ａ、８Ｂを２段組み合わせた形状のマスタ本体８と、このマスタ本体８に取り付けられている複数個の球状の基準部材９から構成されている。
【００２５】
マスタ本体８は、熱膨張係数が小さく寸法安定性に優れた不変鋼を機械加工して製作されており、図４に示すように、下段の円筒部８Ａの上面Ｓ１と、上段の円筒部８Ｂの上面Ｓ２にはそれぞれ、基準部材９を取り付けるための球面状凹部ａが設けられている。
【００２６】
また、これらの凹部ａの中心部にはそれぞれ基準部材９を固定するためのボルト１０を下方から通すためのボルト挿通孔１１が形成されている。これらのボルト挿通孔１１の下部は、ボルト１０の頭部を収容するために内径が拡大されており、この大径部分は下端がマスタ本体８の底面側に開口されている。
【００２７】
基準部材９は、図３に示すように、マスタ本体８の下段の円筒部８Ａの上面Ｓ１に、円周方向に中心角９０°毎の等間隔で４カ所取り付けられているとともに、上段の円筒部８Ｂの上面Ｓ２の周縁近傍に、前記円筒部８Ａ側の基準部材９とは、それぞれ中心角で４５°位置をずらして向きで、円周方向に中心角９０°毎の等間隔で４カ所取り付けられている。なお、マスタ本体８の素材としては、熱膨張係数が小さく寸法安定性に優れたものであれば、不変鋼に限らず、石英やセラミックス等を用いてもよい。
【００２８】
次に、図５は、基準部材９の斜視図、図６はその平面図、図７は図６のＢ−Ｂ断面図であって、これらの図に示すように、基準部材９は、球体の一部に被測定面としての、円形の平坦面９Ａが形成されており、この平坦面９Ａには、その中心位置を交点Ｏとして交差する２本の線状溝Ｇと、これらの線状溝Ｇの両端から、平坦面９Ａの外周までその直径方向に放射状に延びる幅広の４つのマーカ溝Ｍが設けられている。
【００２９】
本実施形態のものにおいては、基準部材９は高い寸法精度に仕上げられた既製の直径２０ｍｍの鋼球で製作されていて、線状溝Ｇは平坦面９Ａを放電加工することによって、約５μｍの幅と深さに形成されている。
【００３０】
一方、マーカー溝Ｍは、同じく平坦面９Ａを放電加工することによって、幅２ｍｍ、深さ０．５ｍｍに形成されている。それぞれのマーカー溝Ｍの、平坦面９Ａの中心寄りの端部Ｔは、楔状に尖ってその先端に線状溝Ｇが連続している。
【００３１】
なお、基準部材９の平坦面９Ａと、その外側の球状の表面は、鏡面に仕上げられており、線状溝Ｇとマーカー溝Ｍは、入射光を乱反射して光るように祖面に仕上げられている。
【００３２】
図７に示すように、基準部材９の平坦面９Ａと反対側には、前記平坦面９Ａに垂直で、且つ基準部材９の中心付近まで達する深さのねじ穴９Ｂが形成されていて、図４に示すように、検査マスタ７Ａの底面側からボルト挿通孔１１内にボルト１０を差し込んで、前記ねじ穴９Ｂに螺合して締め付けることにより、基準部材９を検査マスタ本体８の球面状の凹部ａ内に着座させ、高精度に位置決めされた状態で安定して固定することができるようにしてある。
【００３３】
なお、本実施形態においては、製作コスト低減のため、基準部材９を鋼球を加工して製作しているが、高い形状精度が要求される場合には、鋼球に代えて超硬やルビー、セラミックス等の硬質素材で基準部材を製作してもよい。その場合、マスタ本体へボルトで固定することが困難な材質である場合には、接着剤で固定してもよい。
【００３４】
前述した基準部材９を取り付けた検査マスタ７を用いて３次元測定機１の精度検査や測定誤差の校正を行う場合には、図２に示すようにマスタ本体８に取り付けられている８つの基準部材９について、それぞれの線状溝Ｇの交点Ｏの座標値を当該３次元測定機１によって測定する。
【００３５】
そして、実測されたこれらの座標値から検査マスタ７のそれぞれの基準部材９の交点Ｏ間の距離を求め、これらを検査マスタ７に既定されている、それぞれの基準部材９の交点Ｏ間の距離の基準値と比較することにより、実測値と基準値との差に基づいて当該３次元測定機１の精度を評価したり、校正を行うことができる。
【００３６】
この際、基準部材９の被測定面として形成されている平坦面９Ａに測定光が照射されると、線状溝Ｇの周囲に設けられた幅広のマーカー溝Ｍが、線状溝Ｇよりも前記測定光を強く乱反射して光るため、これらのマーカー溝Ｍからの反射光を３次元測定機１のＣＣＤカメラで鮮明に捉えることができ、この反射光を目印にしてマーカー溝の内側にある線状溝の交点位置を容易に見出すことができる。
【００３７】
なお、前述した実施形態の基準部材９においては、線状溝Ｇを平坦面９Ａの中心位置で十字状に２本直交させ、また、マーカー溝Ｍは、これらの線状溝Ｇの両端から、平坦面９Ａの外周までその直径方向に放射状に合計４つ設けているが、本発明は、この実施形態に限定するものではなく、線状溝は３本以上を平坦面の中心位置で交差させて設けることも可能であり、その場合、マーカー溝は、それぞれの線状溝の両外側に各一対ずつ、線状溝の数に応じた本数設ければよい。
【００３８】
また、本実施形態のものにおいては、マーカー溝Ｍの中心寄りの端部Ｔは楔状に尖ってその先端に線状溝Ｇが連続している構成としているが、マーカー溝の端部は、これに限定するものではなく、例えば半円弧状に形成してもよい。また、線状溝とマーカー溝の間は連続させなくてもよい。
【００３９】
また、前述した基準部材９は、測定光の光源をレーザ光源とする３次元測定機１の精度検査や誤差測定の校正に用いているが、これに限定するものではなく、他の光源、例えば、ランプや発光ダイオード等を測定光の光源とする光学式３次元測定機に用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の光学式３次元測定機の検査マスタ用基準部材は、測定光を被測定物に照射し、その反射光によって、被測定物の各部寸法測定を行う光学式３次元測定機の技術分野において、光学式３次元測定機の精度検査や測定誤差の校正を行う場合に利用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１          ３次元測定機
２          測定テーブル
３          可動フレーム
４          ヘッド部
５          昇降筒
６          治具パレット
７          検査マスタ
８          マスタ本体
８Ａ、８Ｂ  円筒部
９          基準部材
９Ａ        平坦面（被測定面）
９Ｂ        ねじ穴
１０          ボルト
１１          ボルト挿通孔
Ｓ１、Ｓ２    上面
ａ            球面状凹部
Ｇ            線状溝
Ｏ            交点
Ｍ            マーカー溝
Ｔ            端部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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