(57)【要約】【課題】高い再現性を持って設置位置を変更することが可能な機械の三次元位置誤差を測定するための三次元ゲージを提供し、該三次元ゲージを用いて、容易に機械の三次元位置誤差を直接測定可能とすること。【解決手段】三次元位置測定の基準となる三次元ゲージ１０が、基台となるベースプレート２２と、測定されるべき複数の測定球１４を上面に取り付けたボールプレート１２と、ベースプレートとボールプレートとの間隔を少なくとも２種類の長さに再現性を確保して設定させる嵩上げ部材２８、３０とを具備する。【選択図】図１
2019174169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元位置測定の基準となる三次元ゲージにおいて、
基台となるベースプレートと、
前記ベースプレートに載置され、測定されるべき複数の測定球を上面に取り付けたボールプレートと、
前記ベースプレートに載置された前記ボールプレートの複数の測定球の高さを少なくとも２種類の高さに再現性を確保して設定させる位置決め構造と、
を具備することを特徴とした三次元ゲージ。
【請求項２】
前記位置決め構造は、前記ベースプレートの上面および前記ボールプレートの下面のいずれか一方の面に３つの球面を配設し、他方の面に前記３つの球面のうちの１つの球面と当接する３個１組の位置決め球と、前記３つの球面のうちもう１つの球面が当接する２本１組の平行な円筒面でなる棒状部材と、前記３つの球面のうち残りの球面が当接する平面とを配設し、さらに前記ボールプレートの複数の測定球の高さを少なくとも２種類の高さに設定する嵩上げ要素を有する請求項１に記載の三次元ゲージ。
【請求項３】
前記嵩上げ要素は、前記一方の面に配設される３つの球面の直径を大小２種類用意する、または前記一方の面に配設される３つの球面の高さ方向位置を長短２種類用意する請求項２に記載の三次元ゲージ。
【請求項４】
前記位置決め構造は、前記ベースプレートの上面に、前記ボールプレートの下面に配設された前記３個１組の位置決め球と前記棒状部材と前記平面とに対応した位置にそれぞれ３個１組でなる保持球を配設し、前記嵩上げ要素は、前記各組の保持球と前記３個１組の位置決め球、前記棒状部材および前記平面とのそれぞれの間に交換可能に介在させる少なくとも大小２つの高さ寸法を有する嵩上げ部材でなる請求項１に記載の三次元ゲージ。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の三次元ゲージを取り付ける第一要素部材と、前記第一要素部材に対して三次元方向に相対移動し測定プローブを取り付ける第二要素部材との間の三次元位置誤差を測定する測定機能を備えた機械の三次元位置誤差測定方法において、
予め測定機を用い、前記ベースプレートに載置された前記ボールプレートの測定球の高さを少なくとも２種類の高さに設定して、前記三次元ゲージの複数の測定球の位置をそれぞれ測定し、マスター位置とする第１のステップと、
前記機械の第一要素部材に取り付けられた前記三次元ゲージの前記測定球の高さが第１の高さに設定されるように、前記位置決め構造を第１の位置に設定させる第２のステップと、
前記第２のステップにおける前記三次元ゲージの複数の測定球の位置を前記測定プローブで測定する第３のステップと、
測定球の高さが第２の高さに設定されるように、前記位置決め構造を第２の位置に設定させる第４のステップと、
前記第４のステップにおける前記三次元ゲージの複数の測定球の位置を前記測定プローブで測定する第５のステップと、
前記第１、第３および第５のステップの測定結果に基づいて、前記マスター位置に対する当該機械の三次元位置誤差を求める第６のステップと、
を具備することを特徴とした機械の三次元位置誤差測定方法。
【請求項６】
前記機械は工作機械であり、前記第１のステップのマスター位置は、前記工作機械で加工したワークの寸法を測定する座標測定機によって測定された値である請求項５に記載の機械の三次元位置誤差測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械や座標測定機、ロボットなどの機械の三次元空間の位置を測定し校正するための三次元ゲージおよび該三次元ゲージを用いた三次元位置誤差測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元位置測定機を校正する方法として、例えばRetter社製ボールプレートのような基準器またはアーティファクトを用いる場合がある。Retter社のボールプレートは平面内に球を正方配列した二次元ゲージである。三次元空間に基準となる球を立体的に正方配列することは、より上方にある球が下方にある球の測定を妨げるためできない。三次元位置測定で用いるためには、ボールプレートをXZ平面およびYZ平面に配置してボールプレートの表裏で測定し、XY平面で低位置、高位置に配置してボールプレートの上面を測定するなどの結果から、全体の誤差を推定する方法がとられることが多い。
【０００３】
特許文献１の発明には、アーティファクトを裏面に裏返すことなく精度良く二次元の座標値の校正を行う二次元格子校正装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９２２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
然しながら、特許文献１の発明は、二次元の座標値を校正するための校正装置であるので、三次元位置誤差を測定するためには、ボールプレートのようなアーティファクトを校正対象となる測定系による測定結果とは独立して正確に位置決めしなければならない。特に、特許文献１の発明では、ボールプレートの位置を変更したときに、ボールプレートが最初の位置からどこに移動したのか、あるいは、その姿勢がどのように変化したのかを正確に把握できないので、基準となる球を三次元方向に正方配列できない問題がある。
【０００６】
本発明は、こうした従来技術の問題を解決することを技術課題としており、高い再現性を持って設置位置を変更することが可能な、工作機械や座標測定機、ロボット等の機械の三次元位置誤差を測定するための三次元ゲージを提供することを目的としている。本発明は、また、前記三次元ゲージを用いて、作業者の熟練度によらず、繰り返し精度高く機械の三次元位置誤差を測定可能な方法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】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、三次元位置測定の基準となる三次元ゲージにおいて、基台となるベースプレートと、前記ベースプレートに載置され、測定されるべき複数の測定球を上面に取り付けたボールプレートと、前記ベースプレートに載置された前記ボールプレートの複数の測定球の高さを少なくとも２種類の高さに再現性を確保して設定させる位置決め構造とを具備する三次元ゲージが提供される。
【０００８】
更に本発明によれば、前記三次元ゲージを取り付ける第一要素部材と、前記第一要素部材に対して三次元方向に相対移動し測定プローブを取り付ける第二要素部材との間の三次元位置誤差を測定する測定機能を備えた機械の三次元位置誤差測定方法において、予め測定機を用い、前記ベースプレートに載置された前記ボールプレートの測定球の高さを少なくとも２種類の高さに設定して、前記三次元ゲージの複数の測定球の位置をそれぞれ測定し、マスター位置とする第１のステップと、前記機械の第一要素部材に取り付けられた前記三次元ゲージの前記測定球の高さが第１の高さに設定されるように、前記位置決め構造を第１の位置に設定させる第２のステップと、前記第２のステップにおける前記三次元ゲージの複数の測定球の位置を前記測定プローブで測定する第３のステップと、測定球の高さが第２の高さに設定されるように、前記位置決め構造を第２の位置に設定させる第４のステップと、前記第４のステップにおける前記三次元ゲージの複数の測定球の位置を前記測定プローブで測定する第５のステップと、前記第１、第３および第５のステップの測定結果に基づいて、前記マスター位置に対する当該機械の三次元位置誤差を求める第６のステップとを具備する機械の三次元位置誤差測定方法が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の三次元ゲージは、位置決め構造によって、ベースプレートに対する測定球の高さを少なくとも２種類の高さに再現性を確保して設定することができるので、高い再現性を持って測定球の設置位置を変更することが可能である。従って、該三次元ゲージを用いて工作機械や座標測定機、ロボット等の機械の三次元位置誤差を測定すれば、作業者の熟練度によらず、繰り返し精度高く機械の三次元位置誤差を測定可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の第１の実施形態による機械の三次元位置誤差測定に用いる三次元ゲージの斜視図である。
【図２】図１の三次元ゲージのボールプレートの下面を示す斜視図である。
【図３】図１の三次元ゲージのベースプレートの上面を示す斜視図である。
【図４】図３のベースプレートに嵩上げ球を載置した状態を示す斜視図である。
【図５】図４の嵩上げ球よりも小径の嵩上げ球をベースプレートに載置した状態を示す斜視図である。
【図６】図５のベースプレート上の嵩上げ球の上にボールプレートを載置した状態を示す斜視図である。
【図７】嵩上げ球の他の例を示す斜視図である。
【図８】本発明の第２の実施形態による三次元ゲージのベースプレートの上面を示す斜視図である。
【図９】図８のベースプレートに載置するボールプレートの下面を示す斜視図である。
【図１０】図８のベースプレートに図９のボールプレートが低位置になるように載置された状態を示す斜視図である。
【図１１】図８のベースプレートに図９のボールプレートが高位置になるように載置された状態を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図１〜図７を参照して、まず、本発明の第１の実施形態を説明する。
本発明の機械の三次元位置誤差測定方法で使用する基準器またはアーティファクトとしての三次元ゲージ１０は、測定球１４を取り付けたボールプレート１２と、座標測定機（図示せず）や工作機械（図示せず）のテーブル（第一要素部材）に載置、固定される基台としてのベースプレート２２と、両者間に配置される第１の嵩上げ部材または高位置嵩上げ部材としての嵩上げ球２８−１〜２８−３を具備している。ボールプレート１２は、長期にわたり安定し、高い剛性を持つ例えば金属やセラミックスなどの材料から成る板状の、本実施形態では正方形の鋼部材であり、その一側面である上面１２ａには複数の、本実施形態では２５個の測定球１４が５行５列のアレー状または行列状に配置、固定されている。測定球１４および嵩上げ球２８−１〜２８−３は、長期にわたり安定し高い剛性を持つ例えば金属やセラミックスなどの材料が適し、本実施形態ではセラミックス材料から形成することができる。上面１２ａの測定球１４を固定する位置に、測定球１４より小さな直径のドリル穴を予めあけ、測定球１４のすわりを作り、接着剤を用いてボールプレート１２に接着することができる。第一要素部材は、ロボットが作業を行うために、ワークを載置、固定する作業台やテーブル（図示せず）であってもよい。
【００１２】
ベースプレート２２に対面するボールプレート１２の背面または下面１２ｂには、位置決め構造が設けられている。該位置決め構造は、３つの位置決め球１６から成る基準位置決め構造と、一対の円筒部材１８から成る方位決め構造と、平面２０ａから成る高さ決め構造を具備する。位置決め球１６は正三角形の頂点に配置されてもよい。好ましくは、３個の位置決め球１６の中心を通る円の中心をボールプレート１２の下面１２ｂに投影した点を中心に凹所１７を形成するようにできる。凹所１７は球面の一部から形成することができる。位置決め球１６は、セラミックス材料から形成することができ、測定球１４と同様に予めすわり用のドリル穴をあけ、接着剤を用いてボールプレート１２に接着することができる。位置決め球１６は、完全な球体には限定されず、後述するように、嵩上げ部材２８−１を三点支持可能な球面を有した部材であればよい。
【００１３】
円筒部材１８は、３つの位置決め球１６の各中心を通る円の中心を通過する直線に対して対称に配置され、かつ平行に延設されている。円筒部材１８はセラミックス材料から形成することができ、予めエンドミルで形成した２本の溝をすわりにし、接着剤を用いてボールプレート１２に接着することができる。また、方位決め構造の円筒部材１８は、完全な円筒形状の部材に限定されず、後述するように、嵩上げ部材２８−２と係合する円筒面を有した棒状部材であればよい。
【００１４】
高さ決め構造は、ボールプレート１２の下面１２ｂに矩形の凹所２０を形成し、該凹所２０内に平面２０ａを有した例えばブロッグゲージを嵌合することによって形成することができる。該ブロッグゲージは接着剤を用いてボールプレート１２に接着することができる。
【００１５】
ベースプレート２２は、ボールプレート１２と同様に長期にわたり安定し、高い剛性を持つ例えば金属やセラミックスなどの材料から成る板状の、本実施形態では正方形の鋼部材であり、その上面２２ａには、３個の球体が１組になった３組の保持球２４−１〜２４−３が固定されている。各組において、３個の球体が正三角形の頂点に配置されている。好ましくは、３個の球体の各中心を通る円の中心をベースプレート２２の上面２２ａに投影した点を中心に凹所２６−１〜２６−３を形成するようにできる。凹所２６−１〜２６−３は球面の一部から形成することができる。保持球２４−１〜２４−３は、ボールプレート１２の位置決め球１６と同様にセラミックス材料から形成することができ、予めすわりのドリル穴を形成して、接着剤を用いてベースプレート２２に接着することができる。保持球２４−１〜２４−３は完全な球体には限定されず、嵩上げ部材２８−１〜２８−３と係合して三点支持可能な球面を有した部材であればよい。
【００１６】
図示する実施形態では、嵩上げ球２８−１〜２８−３は、ベースプレート２２の保持球２４−１〜２４−３上にそれぞれ載置される。これによって、嵩上げ球２８−１〜２８−３の各々は、各組の保持球２４−１〜２４−３によって三点支持され、その中心が、各組の３つの保持球２４−１〜２４−３の各中心を通る円の中心から上方に延伸したそれぞれの直線上に配置されるように、各組の３つの保持球２４−１〜２４−３によってベースプレート２２に対して位置決めされる。なお、凹所２６−１〜２６−３は、載置された嵩上げ球２８−１〜２８−３とベースプレート２２の上面２２ａとの接触を防止する空間として作用する。
【００１７】
測定に際して、ベースプレート２２は、例えば工作機械のテーブル（図示せず）上に載置、固定される。好ましくは、ベースプレート２２は基準となる測定値を与える測定機上での固定方法と同じ固定方法によって、ベースプレート２２がテーブルに対して移動しないように固定される。
【００１８】
ベースプレート２２の保持球２４−１〜２４−３上に嵩上げ球２８−１〜２８−３をそれぞれ載置した後、ボールプレート１２が、下面１２ｂをベースプレート２２の上面２２ａに対面させて、保持球２４−１〜２４−３の上に載置される。その際、嵩上げ球２８−１がボールプレート１２の３つの位置決め球１６に係合し、嵩上げ球２８−２がボールプレート１２の一対の円筒部材１８の双方に係合し、嵩上げ球２８−３が平面２０ａに当接するように、ボールプレート１２がベースプレート２２に対して位置決めされる。なお、凹所１７は、ボールプレート１２を載置したときに、嵩上げ球２８−１とボールプレート１２の下面１２ｂとの接触を防止する空間として作用する。
【００１９】
このようにボールプレート１２をベースプレート２２に位置決めできるようにするために、上述した円筒部材１８に平行に延び、かつ位置決め球１６の各中心を通る円の中心を通過する直線が、３つの保持球２４−１と、３つの保持球２４−２の各々の組の位置決め球の中心を通る円の各中心を結ぶ直線をボールプレート１２の下面１２ｂに投影した直線に一致するように、位置決め球１６および円筒部材１８がボールプレート１２の下面１２ｂに位置決めされている。更に、高さ決め構造の平面２０ａは、ボールプレート１２をベースプレート２２上の嵩上げ球２８−１〜２８−３の上に載置したときに、ベースプレート２２の保持球２４−３の上に載置された嵩上げ球２８−３に当接するようにボールプレート１２の下面１２ｂに配置されている。
【００２０】
ボールプレート１２を図１に示すようにベースプレート２２に載置したとき、ボールプレート１２の位置決め球１６の各中心を通る円の中心と、ベースプレート２２の保持球２４−１の各中心を通る円の中心は、嵩上げ球２８−１の中心に対して一定の距離を保つように拘束される。このため、ベースプレート２２に対してボールプレート１２は回転運動のみ可能な状態となり、並進運動はできなくなる。
【００２１】
ボールプレート１２の位置決め球１６が嵩上げ球２８−１と係合し、一対の円筒部材１８が嵩上げ球２８−２と係合することによって、ベースプレート２２に対するボールプレート１２の運動可能な回転方向が１方向に決定される。これにより、ボールプレート１２はベースプレート２２に対して、嵩上げ球２８−１と２８−２の中心を結んだ線を軸とした回転運動のみが可能となる。平面２０ａが嵩上げ球２８−３に当接することによって、ボールプレート１２はベースプレート２２に対して相対運動できなくなり、拘束される。
【００２２】
こうして、三次元ゲージ１０は、図１に示すように、ボールプレート１２の測定球１４が三次元ゲージ１０の最上段に配置され、外部からスタイラスのような測定プローブ（図示せず）によって接近できるように、工作機械のテーブル上で組み立てられ、該テーブルに固定される。このとき、本実施形態では、ボールプレート１２はベースプレート２２に対して高位置にあり、両者間には間隙Ｈ1が形成される。
【００２３】
次いで、工作機械の工具交換装置（図示せず）を用いて、第一要素部材に対して三次元方向に相対移動し測定プローブを取り付ける第二要素部材である、工作機械の主軸（図示せず）の先端に測定プローブが装着される。測定プローブは工作機械のオペレータが工作機械の主軸に装着してもよい。あるいは、第二要素部材は、座標測定機の主軸やロボットのハンドであってもよい。次いで、工作機械のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の各送り軸を用いて、測定プローブを三次元ゲージ１０に対して相対移動させ、測定プローブの測定端を各測定球１４の表面、例えば、各測定球１４の極（最上点）付近の一点と、赤道付近に沿った約１８０°毎の少なくとも計３点に接触させて各測定球１４の中心座標を求める。全ての測定球１４の中心座標を求めると、測定球１４間の相対的な位置が求められる。
【００２４】
次いで、ベースプレート２２をテーブルに固定した状態で、ボールプレート１２を取り外し、嵩上げ球２８−１〜２８−３をサイズ（直径）の異なる第２の嵩上げ部材または低位置嵩上げ部材としての嵩上げ球３０−１〜３０−３（図５）と交換する。嵩上げ球２８−１〜２８−３および嵩上げ球３０−１〜３０−３は、それぞれ３つの保持球２４−１〜２４−３によって保持されるので、嵩上げ球のサイズ（直径）を変更しても、嵩上げ球の中心位置は、３つの保持球の中心が形成する平面に垂直で、かつ３つの保持球の各中心を通る円の中心を通過する直線上に配置される。
【００２５】
嵩上げ球の交換後、既述したように、ボールプレート１２を再び嵩上げ球３０−１〜３０−３の上に載置する。本例では、交換後の嵩上げ球３０−１〜３０−３は、交換前の嵩上げ球２８−１〜２８−３の直径よりも小さい直径を有している。従って、ボールプレート１２を嵩上げ球３０−１〜３０−３の上に載置したとき、ボールプレート１２は低位置に配置され、ボールプレート１２とベースプレート２２との間の間隙はＨ2＜Ｈ1となる。
【００２６】
ボールプレート１２を嵩上げ球３０−１〜３０−３の上に載置した後、各測定球１４の中心座標を再び測定し、各測定球１４間の相対位置を測定する。こうして得られた高位置と低位置における全ての測定球１４の中心座標の相対位置を予め座標測定機（図示せず）で測定、値付けしておき、工作機械のテーブル上での測定結果と比較することによって、工作機械の送り装置の校正を行うことができる。三次元ゲージ１０の測定球１４の中心座標の値付けは、校正すべき工作機械やロボットのユーザが自前で所有している座標測定機を用いたり、或いは、外部の校正事業者の校正サービスを利用して行うことができる。座標測定機は、その校正に用いた機器の校正経路が明らかなトレーサビリティのある標準器で校正された機械であることが望ましい。また、校正事業者は、JCSSのような審査機関の審査を受け、国際標準化機構および国際電気標準会議が定めた校正機関に関する基準(ISO/IEC 17025)の要求事項に適合していることが確認された校正事業者であることが望ましい。
【００２７】
既述した三次元ゲージ１０では、嵩上げ球２８−１〜２８−３および３０−１〜３０−３の各々は、３つの保持球２４−１〜２４−３によってベースプレート２２の上面２２ａに位置決めされる。従って、嵩上げ球はサイズ（直径）が異なっていても、３つの保持球２４−１〜２４−３上に載置された嵩上げ球は、その中心が、３つの保持球２４−１〜２４−３の中心が形成する平面に垂直、かつ、同中心を通る円の中心を通過する直線上に配置される。従って、嵩上げ球の最上点である極点の位置は、嵩上げ球のサイズ（直径）の変化に伴い高さ方向には変化しても、ベースプレート２２の上面に平行な平面内では変化しない。一方、ボールプレート１２は、ボールプレート１２の３つの位置決め球１６の中心が形成する平面に垂直、かつ、同中心を通る円の中心を通過する直線が、位置決め球１６と係合する嵩上げ球２８−１または３０−１の中心を通るように、ベースプレート２２に対して位置決めされ、これを基準位置とする。
【００２８】
ボールプレート１２の下面に設けられている位置決め構造は、ベースプレート２２に対するボールプレート１２の位置を決定する基準位置決め構造（３つの位置決め球１６）と、ベースプレート２２に対するボールプレート１２の方位を決定する方位決め構造（２つの円筒部材１８）と、ベースプレート２２に対するボールプレート１２の高さを決定する高さ決め構造（平面２０ａ）の３つの位置決め構造から成る。つまり、（１）３つの位置決め球１６を保持球２４−１〜２４−３に載置された嵩上げ球２８−１〜２８−３または３０−１〜３０−３の１つ（既述の実施形態では嵩上げ球２８−１または３０−１）と係合させることによって、ベースプレート２２に対するボールプレート１２の基準位置が決定され、（２）残りの２つの嵩上げ球２８−２、２８−３または３０−２、３０−３（既述の実施形態では嵩上げ球２８−２または３０−２）の一方を一対の円筒部材１８の双方に係合させることによって、ベースプレート２２に対するボールプレート１２の方位（ボールプレート１２に平行な平面内でのボールプレート１２の回転位置）が決定され、（３）残りの嵩上げ球２８−３または３０−３がボールプレート１２の平面２０ａに当接することによって、ベースプレート２２に対するボールプレート１２の傾斜が決定されるようになっている。
【００２９】
本実施形態では、位置決め球１６は、嵩上げ球２８−１または３０−１に対してのみ位置決めされ、一対の円筒部材１８は、嵩上げ球２８−２または３０−２に対してのみ位置決めされ、平面２０ａは嵩上げ球２８−３または３０−３に対してのみ位置決めされ、嵩上げ球相互間では位置決めに対する関連性が無くなる或いは殆ど無くなる。このように、ボールプレート１２の下面１２ｂに設けた位置決め構造の機能を分けることによって、位置決め構造間に製作誤差が生じたとしても、高い再現性を以て、ボールプレート１２をベースプレート２２に対して位置決めすることが可能となる。
【００３０】
なお、平面２０ａが嵩上げ球２８−３または３０−３に当接することによって、ベースプレート２２に対するボールプレート１２の高さ位置が決定される旨説明したが、厳密には、平面２０ａが嵩上げ球２８−３または３０−３に当接することによって、ベースプレート２２に対するボールプレート１２の傾斜、つまり嵩上げ球２８−１、２８−２または３０−１、３０−２の中心を通過する直線を中心としたボールプレート１２の回転位置が決定される。上述のように、本発明によれば、ボールプレート１２がベースプレート２２に対して非常に高い再現性を以て位置決めされる基準器としてのボールプレートに求められる機能は、値付けを行った際の状態と校正対象の機械に設置された状態との間に、差異がないことである。そのため、ボールプレート１２はベースプレート２２に対して平行に配置されることは望ましいが、必ずしも両者は平行に配置されなくてもよい。
【００３１】
既述の実施形態では、嵩上げ部材は嵩上げ球２８−１〜２８−３または３０−１〜３０−３から形成されているが、本発明はこれに限定されず、例えば図７に示すような嵩上げ部材３２とすることができる。要は、嵩上げ部材は、ベースプレート２２の保持球２４−１〜２４−３およびボールプレート１２の位置決め球１６、一対の円筒部材１８および平面２０ａに係合可能な球面を有した部材であればよい。図７の嵩上げ部材３２は、球体の上下端部を平行な平面で切断した形状の本体部３４と、該本体部３４の前記切断した部分に結合された上下円筒部３６ａとを有し、上下円筒部３６ａの端部に球面３６ｂが形成されている。上下の球面３６ｂが１つの球面であれば、嵩上げ部材３２は球体とみなせ、上下逆に使用してもよい。
【００３２】
また、既述の実施形態では嵩上げ部材は、第１の嵩上げ部材または高位置嵩上げ部材としての嵩上げ球２８−１〜２８−３と、第２の嵩上げ部材または低位置嵩上げ部材としての嵩上げ球３０−１〜３０−３とを具備していたが、本発明はこれに限定されず、嵩上げ部材は、第３の嵩上げ部材や第４の嵩上げ部材を具備していてもよい。
【００３３】
また、既述の実施形態では、２５個の測定球１４が５行５列のアレー状または行列状に配置、固定されていると説明したが、測定球１４は２５個に限定されず、これ以上または以下の数の測定球をボールプレート１２に取り付けることができる。また、測定球１４は、行列状以外に、例えば、同心円状に配置することができる。更には、各測定球を他の測定球と識別できる限り、測定球１４をボールプレート１２の上面１２ａにランダムに配置してもよい。また、測定球ではなく、精密に加工された穴や矩形形状などの基準となり得る形状を配置してもよい。
【００３４】
次に、図８〜図１１を参照して、本発明の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と同一機能の部材には、同一の符号を付している。ベースプレート２２の上面２２ａには、３つの位置決め球１６から成る基準位置決め構造と、一対の円筒部材１８から成る方位決め構造と、平面２０ａから成る高さ決め構造とが配設されている。第１の実施形態と異なるのは、後述の長い嵩上げ柱４４−１〜４４−３が入り込む逃げ穴４０−１〜４０−３が形成されている点である。ボールプレート１２の下面１２ｂには、ベースプレート２２の位置決め球１６、円筒部材１８、平面２０ａと当接する短い嵩上げ柱４２−１〜４２−３及び長い嵩上げ柱４４−１〜４４−３が１８０度の位相差をもって配設されている。各嵩上げ柱の先端は、半球面に形成されている。
【００３５】
図１０は、短い嵩上げ柱４２−１〜４２−３がそれぞれ位置決め球１６、円筒部材１８、平面２０ａに当接し、ボールプレート１２の上面１２ａに配設された測定球１４が低位置に位置決めされた状態を示している。このとき、長い嵩上げ柱４４−１〜４４−３は、それぞれベースプレート２２に形成された逃げ穴４０−１〜４０−３に入り込んでいる。図１１は、図１０と１８０度異なる方向から見た斜視図であり、しかもボールプレート１２を１８０度の位相差をもってベースプレート２２上に載置した状態を示している。このとき、長い嵩上げ柱４４−１〜４４−３がそれぞれ位置決め球１６、円筒部材１８、平面２０ａに当接し、測定球１４が高位置に位置決めされている。第１の実施形態の三次元ゲージと比較して、容易に測定球１４を高低２位置に位置決めすることができる。
【００３６】
第２の実施形態では、ベースプレート２２の上面２２ａに位置決め球１６、円筒部材１８、平面２０ａを配設し、ボールプレート１２の下面１２ｂに嵩上げ柱４２−１〜４２−３及び４４−１〜４４−３を配設したが、ボールプレート１２の下面１２ｂに位置決め球１６、円筒部材１８、平面２０ａを配設し、ベースプレート２２の上面２２ａに嵩上げ柱４２−１〜４２−３及び４４−１〜４４−３を配設してもよい。また、長短２種類の嵩上げ柱に代え、例えば共に短い嵩上げ柱を有した厚さの異なる２つのボールプレートを用意して、測定球１４を高低２つの高さ位置に再現性良く位置決めする形態でもよい。請求項に記載の嵩上げ要素とは、第１の実施形態の嵩上げ球２８−１〜２８−３、３０−１〜３０−３、及び嵩上げ部材３２、第２の実施形態の嵩上げ柱４２−１〜４２−３及び４４−１〜４４−３、並びに厚薄のベースプレート又はボールプレートを含んでいる。そして、請求項に記載の位置決め構造は、これらの嵩上げ要素や保持球２４−１〜２４−３と基準位置決め構造、方位決め構造、及び高さ決め構造とを組み合わせた構造をいう。なお、第２の実施形態の三次元ゲージを用いて機械の三次元位置誤差を測定する方法は、第１の実施形態で記載した方法と同じなので説明は省略する。
【符号の説明】
【００３７】
１０    三次元ゲージ
１２    ボールプレート
１４    測定球
１６    位置決め球
１８    円筒部材
２０ａ    平面
２２    ベースプレート
２４−１〜２４−３    保持球
２８−１〜２８−３    嵩上げ球
３０−１〜３０−３    嵩上げ球
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年4月26日(2019.4.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上述の目的を達成するために、本発明によれば、三次元位置測定の基準となる三次元ゲージにおいて、基台となるベースプレートと、前記ベースプレートに載置され、測定されるべき複数の測定球を上面に取り付けたボールプレートと、前記ベースプレートに載置された前記ボールプレートの複数の測定球の高さを少なくとも２種類の高さに再現性を確保して設定させる位置決め構造であって、前記ベースプレートの上面および前記ボールプレートの下面のいずれか一方の面に、３つの球面でなる基準位置決め構造と、２本１組の平行な円筒面でなる方位決め構造と、平面でなる高さ決め構造とをそれぞれ配設し、他方の面との間に前記基準位置決め構造、前記方位決め構造および前記高さ決め構造とそれぞれ係合、当接する球面を有した２種類の高さの嵩上げ要素を配設した位置決め構造とを具備する三次元ゲージが提供される。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三次元位置測定の基準となる三次元ゲージにおいて、
基台となるベースプレートと、
前記ベースプレートに載置され、測定されるべき複数の測定球を上面に取り付けたボールプレートと、
前記ベースプレートに載置された前記ボールプレートの複数の測定球の高さを少なくとも２種類の高さに再現性を確保して設定させる位置決め構造であって、前記ベースプレートの上面および前記ボールプレートの下面のいずれか一方の面に、３つの球面でなる基準位置決め構造と、２本１組の平行な円筒面でなる方位決め構造と、平面でなる高さ決め構造とをそれぞれ配設し、他方の面との間に前記基準位置決め構造、前記方位決め構造および前記高さ決め構造とそれぞれ係合、当接する球面を有した２種類の高さの嵩上げ要素を配設した位置決め構造と、
を具備することを特徴とした三次元ゲージ。
【請求項２】
前記嵩上げ要素は、前記基準位置決め構造、前記方位決め構造および前記高さ決め構造に対応して前記他方の面に配設される３個１組でなる保持球を３組と、前記基準位置決め構造、前記方位決め構造および前記高さ決め構造と前記各組の保持球とにそれぞれ同時に係合、当接する球面を有し、交換可能に配設される大小２種類の嵩上げ部材と、で構成される請求項１に記載の三次元ゲージ。
【請求項３】
前記嵩上げ要素は、前記基準位置決め構造、前記方位決め構造および前記高さ決め構造にそれぞれ係合、当接する球面を有し、大小２つの高さ寸法を有する嵩上げ部材が前記他方の面に配設される請求項１に記載の三次元ゲージ。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか１項に記載の三次元ゲージを取り付ける第一要素部材と、前記第一要素部材に対して三次元方向に相対移動し測定プローブを取り付ける第二要素部材との間の三次元位置誤差を測定する測定機能を備えた機械の三次元位置誤差測定方法において、
予め測定機を用い、前記ベースプレートに載置された前記ボールプレートの測定球の高さを少なくとも２種類の高さに設定して、前記三次元ゲージの複数の測定球の位置をそれぞれ測定し、マスター位置とする第１のステップと、
前記機械の第一要素部材に取り付けられた前記三次元ゲージの前記測定球の高さが第１の高さに設定されるように、前記位置決め構造を第１の位置に設定させる第２のステップと、
前記第２のステップにおける前記三次元ゲージの複数の測定球の位置を前記測定プローブで測定する第３のステップと、
測定球の高さが第２の高さに設定されるように、前記位置決め構造を第２の位置に設定させる第４のステップと、
前記第４のステップにおける前記三次元ゲージの複数の測定球の位置を前記測定プローブで測定する第５のステップと、
前記第１、第３および第５のステップの測定結果に基づいて、前記マスター位置に対する当該機械の三次元位置誤差を求める第６のステップと、
を具備することを特徴とした機械の三次元位置誤差測定方法。
【請求項５】
前記機械は工作機械であり、前記第１のステップのマスター位置は、前記工作機械で加工したワークの寸法を測定する座標測定機によって測定された値である請求項４に記載の機械の三次元位置誤差測定方法。