(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる三次元測定空間が設定され、ベース面がＸ軸及びＹ軸と平行な水平面と一致するように配置された、測定対象を載置する定盤と、この定盤に対してＸ軸方向に延びるビームと、このビームを前記定盤に対してＹ軸方向に相対的に移動させるＹ軸駆動機構と、前記ビームに支持されてＸ軸方向に移動するコラムと、このコラムに支持されてＺ軸方向に移動するスピンドルと、このスピンドルに取り付けられて前記測定対象の測定個所を指示するプローブと、前記ビームにＸ軸方向に沿って一部のみが固定されるように取り付けられて前記ビームに対する前記コラムのＸ軸方向の変位を検出するＸ軸スケールと、前記定盤にＹ軸方向に沿って一部のみが固定されるように取り付けられて前記定盤に対する前記ビームのＹ軸方向の変位を検出するＹ軸スケールと、前記コラム又はスピンドルにＺ軸に沿って一部のみが固定されるように取り付けられて前記コラムに対する前記スピンドルのＺ軸方向の変位を検出するＺ軸スケールとを有する変位測定機と、
この変位測定機の測定環境の温度を検出する温度検出手段と、
前記変位測定機の測定空間内に設定された基準位置の変位を前記Ｘ軸スケール、Ｙ軸スケール及びＺ軸スケールで読み取ることにより、前記基準位置のスケール読み取り値を基準とした測定座標系を設定すると共に、前記温度検出手段による温度検出結果を監視して、所定の温度変化が観測されたときに前記測定座標系を再設定する制御手段と、
予め求められた温度変化に対する前記Ｘ軸スケール、Ｙ軸スケール及びＺ軸スケールの指示精度の変化の関係に基づいて前記変位測定機の測定値を補正する手段とを備え、
前記Ｘ軸スケール、Ｙ軸スケール及びＺ軸スケールは、熱膨張による測定個所での前記各軸方向の寸法変化を考慮した補正値が最も少なくなる特定の部位で固定されている
ことを特徴とする変位測定システム。
【請求項２】
互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる三次元測定空間が設定され、ベース面がＸ軸及びＹ軸と平行な水平面と一致するように配置された、測定対象を載置する定盤と、この定盤に対してＸ軸方向に延びるビームと、このビームを前記定盤に対してＹ軸方向に相対的に移動させるＹ軸駆動機構と、前記ビームに支持されてＸ軸方向に移動するコラムと、このコラムに支持されてＺ軸方向に移動するスピンドルと、このスピンドルに取り付けられて前記測定対象の測定個所を指示するプローブと、前記ビームにＸ軸方向に沿って一部のみが固定されるように取り付けられて前記ビームに対する前記コラムのＸ軸方向の変位を検出するＸ軸スケールと、前記定盤にＹ軸方向に沿って一部のみが固定されるように取り付けられて前記定盤に対する前記ビームのＹ軸方向の変位を検出するＹ軸スケールと、前記コラム又はスピンドルにＺ軸に沿って一部のみが固定されるように取り付けられて前記コラムに対する前記スピンドルのＺ軸方向の変位を検出するＺ軸スケールとを有する変位測定機と、
この変位測定機の測定環境の温度を検出する温度検出手段と、
前記変位測定機の測定空間内に設定された基準位置の変位を前記Ｘ軸スケール、Ｙ軸スケール及びＺ軸スケールで読み取ることにより、前記基準位置のスケール読み取り値を基準とした測定座標系を設定するための操作手段と、
前記温度検出手段による温度検出結果を監視して、所定の温度変化が観測されたときに前記測定座標系の再設定をするための警告を発する警告手段と、
予め求められた温度変化に対する前記Ｘ軸スケール、Ｙ軸スケール及びＺ軸スケールの指示精度の変化の関係に基づいて前記変位測定機の測定値を補正する手段とを備え、
前記Ｘ軸スケール、Ｙ軸スケール及びＺ軸スケールは、熱膨張による測定個所での前記各軸方向の寸法変化を考慮した補正値が最も少なくなる特定の部位で固定されている
ことを特徴とする変位測定システム。
【請求項３】
前記測定座標系は、前記基準位置を原点とする機械座標系と、この機械座標系に設定される前記測定対象の測定物座標系とを含むものであることを特徴とする請求項１又は２記載の変位測定システム。
【請求項４】
前記Ｘ軸方向の基準位置から前記Ｘ軸スケールの前記ビーム部材における固定位置までの距離をＬ１、前記固定位置から実際の測定位置までの距離をＬＸ、前記ビーム部材の熱膨張係数をα、前記Ｘ軸スケールの熱膨張係数をβ、前記ベース部材の熱膨張係数をγとし、基準温度と現在温度との温度差をΔＴとすると、
前記Ｘ軸スケールは、
ＶＸ＝（ΔＴ・α・Ｌ１）＋（ΔＴ・β・ＬＸ）−［ΔＴ・γ・（Ｌ１＋ＬＸ）］
で表される前記Ｘ軸方向の補正値が、最小になる位置に固定される
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の変位測定システム。
【請求項５】
前記Ｘ軸方向の補正値ＶＸで、前記検出されたＸ軸方向の変位の測定値を補正する
ことを特徴とする請求項４記載の変位測定システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、三次元測定機などの変位測定システムに関し、特にその測定座標空間に配置された基準位置を基準とした測定座標系を設定する三次元測定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
三次元測定機では、三次元測定空間を構成する各軸に沿って配置されたスケールを基準とするスケール座標系の中で、種々の測定子が使用されて測定が行われる。この種の三次元測定機では、測定子の交換前後の測定子間の偏差量による測定誤差が生じないように、スケール座標系の中に機械座標系を構築する。図１１は、この様子を示す図である。三次元測定機の測定機座標系Ｘs，Ｙs，Ｚsには、マスターボール１００が配置されており、このマスターボール１００の先端球の中心位置が機械座標系Ｘm，Ｙm，Ｚmの基準原点Ｏmとして定義される。各測定子による測定に先立って、その測定子によりマスターボール１００を球測定してその中心座標Ｏmを求める。そして、測定機座標系の原点Ｏsと機械座標系の原点Ｏmとの間のオフセット量Ｖsm（ベクトル）を記憶して、スケールの読み取り座標値からオフセット量を補正することによって測定子の交換前後の偏差量による測定誤差を取り除く。
【０００３】
実際の測定においては、機械座標系Ｘm，Ｙm，Ｚmの中に、更に測定物（ワーク１０１）の設計図面情報に対応させて測定物座標系Ｘw，Ｙw，Ｚwが構築される。以下、これら機械座標系、測定物座標系を合わせて「測定座標系」と呼ぶことにする。測定物座標系を構築することにより、機械座標系の原点Ｏmと測定物座標系の原点Ｏwとのオフセット量Ｖmw（ベクトル）についても補正され、測定物座標系に基づく測定値が求められる。いま、図１１における測定物座標系（Ｘw，Ｙw，Ｚw）を基準として得られる測定点Ｐの座標Ｖwp（ベクトル）は、下記数１のように表すことができる。
【０００４】
【数１】
0003822389.tif 000002
【０００５】
従来の三次元測定機では、精密な三次元測定を可能にするために、例えば２０℃に正確に制御された測定室で測定作業を行うのが一般的であるため、一度設定された機械座標系及び測定物座標系による測定は、温度変化がないことが前提となっていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、より高精度の加工を可能にするため、製造ラインの中で加工された製品を逐次測定して、その測定値を加工条件の補正値にフィードバックしていくような、いわゆるインライン型の計測システム等が採用されるに至り、従来のような理想的な温度条件の中での測定が困難になりつつある。このため、測定環境の温度変化が、高精度測定において無視できない測定誤差を招来し、測定精度の低下につながるという問題が生じるようになってきた。
【０００７】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、周囲の温度環境が変化しても常に高精度な測定を行うことができる変位測定システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る第１の変位測定システムは、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる三次元測定空間が設定され、ベース面がＸ軸及びＹ軸と平行な水平面と一致するように配置された、測定対象を載置する定盤と、この定盤に対してＸ軸方向に延びるビームと、このビームを前記定盤に対してＹ軸方向に相対的に移動させるＹ軸駆動機構と、前記ビームに支持されてＸ軸方向に移動するコラムと、このコラムに支持されてＺ軸方向に移動するスピンドルと、このスピンドルに取り付けられて前記測定対象の測定個所を指示するプローブと、前記ビームにＸ軸方向に沿って一部のみが固定されるように取り付けられて前記ビームに対する前記コラムのＸ軸方向の変位を検出するＸ軸スケールと、前記定盤にＹ軸方向に沿って一部のみが固定されるように取り付けられて前記定盤に対する前記ビームのＹ軸方向の変位を検出するＹ軸スケールと、前記コラム又はスピンドルにＺ軸に沿って一部のみが固定されるように取り付けられて前記コラムに対する前記スピンドルのＺ軸方向の変位を検出するＺ軸スケールとを有する変位測定機と、この変位測定機の測定環境の温度を検出する温度検出手段と、前記変位測定機の測定空間内に設定された基準位置の変位を前記Ｘ軸スケール、Ｙ軸スケール及びＺ軸スケールで読み取ることにより、前記基準位置のスケール読み取り値を基準とした測定座標系を設定すると共に、前記温度検出手段による温度検出結果を監視して、所定の温度変化が観測されたときに前記測定座標系を再設定する制御手段と、予め求められた温度変化に対する前記Ｘ軸スケール、Ｙ軸スケール及びＺ軸スケールの指示精度の変化の関係に基づいて前記変位測定機の測定値を補正する手段とを備え、前記Ｘ軸スケール、Ｙ軸スケール及びＺ軸スケールは、熱膨張による測定個所での前記各軸方向の寸法変化を考慮した補正値が最も少なくなる特定の部位で固定されていることを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、変位測定機の測定環境の温度を温度検出手段で監視して、所定の温度変化が検出されたときに測定座標系の再構築を行うようにしているので、測定環境内の温度が変動しても、変動後の測定座標系の再構築によって変動分が吸収され、常に精度の良い測定結果を得ることができる。
【００１１】
本発明に係る第２の変位測定システムは、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸からなる三次元測定空間が設定され、ベース面がＸ軸及びＹ軸と平行な水平面と一致するように配置された、測定対象を載置する定盤と、この定盤に対してＸ軸方向に延びるビームと、このビームを前記定盤に対してＹ軸方向に相対的に移動させるＹ軸駆動機構と、前記ビームに支持されてＸ軸方向に移動するコラムと、このコラムに支持されてＺ軸方向に移動するスピンドルと、このスピンドルに取り付けられて前記測定対象の測定個所を指示するプローブと、前記ビームにＸ軸方向に沿って一部のみが固定されるように取り付けられて前記ビームに対する前記コラムのＸ軸方向の変位を検出するＸ軸スケールと、前記定盤にＹ軸方向に沿って一部のみが固定されるように取り付けられて前記定盤に対する前記ビームのＹ軸方向の変位を検出するＹ軸スケールと、前記コラム又はスピンドルにＺ軸に沿って一部のみが固定されるように取り付けられて前記コラムに対する前記スピンドルのＺ軸方向の変位を検出するＺ軸スケールとを有する変位測定機と、この変位測定機の測定環境の温度を検出する温度検出手段と、前記変位測定機の測定空間内に設定された基準位置の変位を前記Ｘ軸スケール、Ｙ軸スケール及びＺ軸スケールで読み取ることにより、前記基準位置のスケール読み取り値を基準とした測定座標系を設定するための操作手段と、前記温度検出手段による温度検出結果を監視して、所定の温度変化が観測されたときに前記測定座標系の再設定をするための警告を発する警告手段と、予め求められた温度変化に対する前記Ｘ軸スケール、Ｙ軸スケール及びＺ軸スケールの指示精度の変化の関係に基づいて前記変位測定機の測定値を補正する手段とを備え、前記Ｘ軸スケール、Ｙ軸スケール及びＺ軸スケールは、熱膨張による測定個所での前記各軸方向の寸法変化を考慮した補正値が最も少なくなる特定の部位で固定されていることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、変位測定機の測定環境の温度を温度検出手段で監視して、所定の温度変化が検出されたときに測定座標系の再構築のための警告を発生するようにしているので、これに基づいてオペレータが測定座標系の再構築を行うことができる。これにより、測定環境内の温度が変動しても、変動後の測定座標系の再構築によって変動分が吸収され、常に精度の良い測定結果を得ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の好ましい実施の形態について説明する。
図１は、この発明の一実施例に係るＣＮＣ（Computerized Numerical Control）三次元測定システムの構成を示すブロック図である。
このＣＮＣ三次元測定システムは、三次元測定機１と、この三次元測定機１を駆動制御すると共に三次元測定機１から必要な測定値を取り込むためのコントローラ２と、このコントローラ２を介して取り込まれた測定値を処理するホストコンピュータ３と、三次元測定機１の測定環境の温度を測定して、その温度データをコントローラ２に供給する一又は複数の温度センサ４とにより構成されている。
【００１４】
三次元測定機１は、例えば図２に示すように構成されている。
除振台１１の上には、定盤１２がその上面をベース面として水平面と一致するように載置され、この定盤１２の両側端から立設されたビーム支持体１３ａ，１３ｂの上端でＸ軸方向に延びるビーム１４を支持している。ビーム支持体１３ａは、その下端がＹ軸駆動機構１５によってＹ軸方向に駆動される。また、ビーム支持体１３ｂは、その下端がエアーベアリングによって定盤１２にＹ軸方向に移動可能に支持されている。ビーム１４は、垂直方向（Ｚ軸方向）に延びるコラム１６を支持する。コラム１６は、ビーム１４に沿ってＸ軸方向に駆動される。コラム１６には、スピンドル１７がコラム１６に沿ってＺ軸方向に駆動されるように設けられている。スピンドル１７の下端には、接触式のプローブ１８が装着されている。このプローブ１８が、定盤１２上に載置されたワーク１９に接触したときに、プローブ１８からコントローラ２にタッチ信号が出力され、そのときのＸＹＺ座標値をコントローラ２が取り込むようになっている。また、定盤１２上の所定位置には、後述する機械座標系を構築するためのマスターボール２０が装着されている。
【００１５】
図３、図４及び図５は、上記三次元測定機１の各軸のスケールを示す図である。
図３〜図５において、ビーム１４の下面、定盤１２の左縁部及びスピンドル１７の前面には、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向及びＺ軸方向の変位を測定するためのＸ軸スケール２１、Ｙ軸スケール２２及びＺ軸スケール２３が配置されている。温度センサ４は、ビーム１４、定盤１２、各軸スケール２１，２２，２３、ワーク１９などに配置される。各スケール２１，２２，２３は、それが取り付けられる固定要素との間の熱膨脹差による熱応力や歪みの発生を防止するため、その一部のみを固定し、他の部分は固定要素に対してフリー状態となるように装着される。
【００１６】
スケール２１〜２３のこのような装着方法は、例えば図６に示すような構成によって実現できる。即ち、スケール２１（２２，２３）は、その複数個所で、ビーム１４（定盤１２，スピンドル１７）のような固定要素に固定された挟持部３１によって支持される。挟持部３１には、針状又は球状のコロ軸受（ニードル・ローラー・ベアリング）３２が配置されており、これによりスケール２１（２２，２３）は、挟持部３１に対してその長手方向の移動に対する摩擦係数の低減を図った状態で支持される。そして、スケール２１（２２，２３）の一端は、固定部材３３によって固定される。
【００１７】
次に、このように構成された、このシステムの動作について説明する。
図７は、コントローラ２によって実現される測定処理のフローチャートである。
まず、測定に先立って、機械座標系の設定処理が実行される（Ｓ１）。機械座標系の設定は、プローブ１８によってマスターボール２０を球測定することによって行う。マスターボール２０の中心位置が機械座標系の原点になる。次に、測定物座標系の設定を行う（Ｓ２）。測定物座標系は、プローブ１８によってワーク１９の基準位置を測定し、ワーク１９の設計図面に対応させることにより設定する。測定座標系の設定後、座標系設定フラグを０にリセットする（Ｓ２）。次に割り込みタスクで使用するデータＴＰｎ，Ｔ１，Ｈ１を初期化して、割り込みタスクを起動する（Ｓ３）。
【００１８】
続いて、測定が開始される。パートプログラムの１ラインに対応した測定コマンドの実行（Ｓ４）毎に、測定終了のチェックをする（Ｓ５）。測定終了でない場合には、座標系設定フラグをチェックし（Ｓ６）、座標系設定フラグが１でなければ、次の測定コマンドを実行する。座標系設定フラグは、温度変化有りの場合、後述する割り込み処理によってセットされる。したがって、この座標系設定フラグが１になっていれば、測定座標系の再設定を行うべく、プローブ１８を現在位置から座標系再設定の安全位置、即ち機械座標系設定及び測定物座標系設定を行ってもプローブ１８がワーク１９と干渉しないと思われる安全な位置まで退避し（Ｓ７）、機械座標系の設定（Ｓ８）と、測定物座標系の設定（Ｓ９）とを行って、割り込みを禁止してから（Ｓ１０）、座標系設定フラグを０にリセットし（Ｓ１１）、温度データＴ１と時間データＨ１とを更新する（Ｓ１２，Ｓ１３）。そして、これら２つの座標系設定フラグのリセットとデータの更新が終了したら割り込みを許可して（Ｓ１４）、次の測定を継続する。
【００１９】
次に、割り込みタスクである座標系設定フラグの設定処理を図８に基づき説明する。まず、温度センサ４からの温度測定値を監視して、温度勾配Ｇを算出する（Ｓ２１）。具体的には、ｔを割込みタスクの周期時間としたときに、ｎタスク前の温度ＴＰｎと現在の温度ＴＣより、温度勾配Ｇを次式により求める（Ｓ２１）。
【００２０】
【数２】
Ｇ＝｜ＴＰｎ−ＴＣ｜／ｎ＊ｔ
【００２１】
次に、現在の温度ＴＣと前回座標系変更時の温度Ｔ１とにより、温度変化ΔＴを下記のように求める（Ｓ２２）。
【００２２】
【数３】
ΔＴ＝｜ＴＣ−Ｔ１｜
【００２３】
また、現在の時刻ＨＣと前回座標系変更時の時刻Ｈ１とにより、時間経過ΔＨを下記のように求める（Ｓ２３）。
【００２４】
【数４】
ΔＨ＝ＨＣ−Ｈ１
【００２５】
そして、温度勾配として、例えば３℃／ｈ（０．０５℃／ｍ）未満であれば「温度変化小」とし、それ以外であれば「温度変化大」とする（Ｓ２４）。もし、温度変化が小であれば、前回座標系変更時との温度変化ΔＴが、例えば０．１℃以上であれば、温度が変化したものとする（Ｓ２５）。また、温度変化大のときは、前回座標系変更時との時間経過ΔＨが、例えば５分以上経過した場合に「座標系変更が必要」とする（Ｓ２６）。以上のように、温度変化有りの条件が満たされた場合には、座標系設定フラグが０であるかどうかを判定する（Ｓ２７）。座標系設定フラグが１であれば、座標系設定中であるため割り込み処理を終了するが、座標系設定フラグが０であれば、座標系設定フラグを１にセットする（Ｓ２８）。
【００２６】
上記の割り込みタスクによる座標系の再設定処理によれば、監視中の温度勾配が例えば３℃／ｈ未満のようになだらかな場合、指定された温度変化（例えば０．１℃の変化）が観測された時に割り込み座標系再設定処理が行われる。また、温度勾配が例えば３℃／ｈ以上と急な場合には、指定された間隔（例えば、５分）を待って割り込み座標系再設定を行う。これにより、温度勾配がなだらかな場合には、所定の温度変化が観測された時点で測定座標系の再設定がなされ、温度勾配が激しい場合には５分毎に座標系設定フラグが１になって測定座標系の再設定がなされることになる。
【００２７】
以上のシステムによれば、測定環境において温度変化が生じたときに、測定座標系の再設定を行うので、温度変化による影響は、スケール２１，２２，２３とワーク１９の熱的な寸法変化のみになる。そこで、温度変化に対するスケール２１〜２３及びワーク１９の指示精度の変化を予め求めて関数化しておいて、測定値を補正することにより、温度変化が激しい環境にあっても、極めて高精度の測定が可能になる。
【００２８】
また、上述したようなスケールの支持構成を採用しない一般的な場合では、スケール、その支持部材、測定物等の複数の要素の熱的特性を全て勘案した上で、各温度におけるスケール２１，２２，２３の位置や指示精度等を予め求めておいて、これをテーブル化しておいて、補正値として使用すれば良い。
【００２９】
監視する温度としては、測定空間内の任意の位置における温度、測定空間内の１０〜２０個所の位置における温度の平均値、機械の温度、測定物の温度等で最も有効なものを予め決めておけばよい。
【００３０】
なお、測定座標系の再設定処理は、マスターボール２０に対する測定を含む実際の測定による測定座標値の再設定処理の他に、温度に応じてスケール２１，２２，２３の取付位置変化や寸法変化を考慮した補正値ＶＸ，ＶＹ，ＶＺを算出し、演算処理によって測定座標値を再設定するようにしても良い。
【００３１】
以下、この補正値ＶＸ，ＶＹ，ＶＺとこれを最小化するスケール２１，２２，２３の好ましい固定位置と、各部材の好ましい熱膨張係数について説明する。
いま、マスターボール２０の取付位置が任意であるとした場合、スケール２１，２２，２３の固定位置として最も合理的な位置を考慮すると、次のようになる。
【００３２】
（１）Ｘ軸スケール２１
図３に示すように、測定機座標系のＸ軸方向の基準位置ｘ0からＸ軸スケール２１の固定位置ｘ1までの距離をＬ１、固定位置ｘ1から実際の測定位置ｘ2までの距離をＬＸとし、ビーム１４の熱膨張係数をα、スケール２１の熱膨張係数をβ、定盤１２の熱膨張係数をγとし、基準温度（２０℃）と現在の温度との温度差をΔＴととすると、温度差ΔＴのときのＸ軸方向の寸法補正値ＶＸは、下記数５のように表すことができる。
【００３３】
【数５】
ＶＸ＝(ΔＴ・α・Ｌ１)＋(ΔＴ・β・ＬＸ)−[ΔＴ・γ・(Ｌ１＋ＬＸ)]
【００３４】
上記数５において、ビーム１４はステンレス、スケール２１はガラス、定盤１２は花崗岩で構成されるものとすれば、それらの熱膨張係数α、β、γは、それぞれ、
【００３５】
【数６】
α＝２３．４×１０-6／℃
β＝  ８．０×１０-6／℃
γ＝  ８．０×１０-6／℃
【００３６】
となるので、αがβ、γの約３倍近くになる。従って、温度補正値ＶＸを小さくするためには、測定機座標系の基準位置ｘ0からスケール２１の固定位置ｘ1までの距離Ｌ１ができるだけ短い方がよい。つまり、Ｘ軸スケール２１に関しては、図中左端部をビーム１４に対する固定部２４とし、その他の部分は、ビーム１４に対して移動可能とするのが望ましい。但し、もし三次元測定機１の各部の材料の選定によってα＝β＝γとすることができるのであれば、Ｘ軸スケール２１の取付位置に拘わらず、ＶＸ＝０となるので、固定部２４は、Ｘ軸スケール２１に対して任意の位置とすることができる。
【００３７】
（２）Ｙ軸スケール２２
また、図４に示すように、測定機座標系のＹ軸方向の基準位置ｙ0から実際の測定位置ｙ1までの距離をＬＹとすると、Ｙ軸方向の寸法補正値ＶＹは、下記数７のように表すことができる。
【００３８】
【数７】
ＶＹ＝(ΔＴ・β・ＬＹ)−(ΔＴ・γ・ＬＹ)
【００３９】
ワーク１９は定盤１２のどの位置に載置されるか不明であるが、通常は中心に配置されるものと思われるので、上記数７より、温度補正値ＶＹを小さくするためには、スケール２２の固定位置は定盤１２の中央部とした方が良い。つまり、Ｙ軸スケール２２に関しては、その中央部を固定部２５とし、その他の部分は定盤１２に対して移動可能とするのが望ましい。但し、もし三次元測定機１の各部の材料の選定によってβ＝γとすることができるのであれば、Ｙ軸スケール２２の取付位置に拘わらず、ＶＹ＝０となるので、固定部２５は、Ｙ軸スケール２２に対して任意の位置とすることができる。
【００４０】
（３）Ｚ軸スケール２３
また、図５に示すように、測定機座標系のＺ軸方向の基準位置（定盤１２の上面位置）ｚ0からビーム１４の位置ｚ1までの長さをＬ５、ビーム位置ｚ1からＺ軸スケール２３の０点（上端）位置ｚ2までの長さをＬＺ、Ｚ軸スケール２３の０点位置ｚ2からＺ軸スケール２３の下端位置ｚ3までのスケール長さをＬＳ、Ｚ軸スケール２３の下端位置ｚ3から実際の測定位置ｚ4までの距離をＬ６、測定機座標系の基準位置ｚ0からマスターボール２０の中心までの距離をＬ７とし、更にビーム支持体１３ａ，１３ｂ及びスピンドル１７の熱膨張率をビーム１４の熱膨張率と等しいαとし、プローブ１８及びマスターボール２０の熱膨張率をδとすると、Ｚ軸方向の寸法補正値ＶＺは、次のように表すことができる。
【００４１】
【数８】
0003822389.tif 000003
【００４２】
この場合、Ｗは、Ｚ軸スケール２３の固定位置には関係しない値であり、Ｐは、スケール２３が下端で固定された場合に特有の値である。そこで、Ｐに着目すると、ＬＺ＝０のときにＰの最小値−ΔＴ・(α−β)・ＬＳが得られ、ＬＺ＝ＬＳのときに、最大値０が得られる。ここで、ΔＴ＝１℃とし、ＬＳを４００mm程度として前述した数６の数値を用いてＰの取りうる範囲を求めると、次のようになる。
【００４３】
【数９】
−６．１６≦Ｐ≦０
【００４４】
【数１０】
0003822389.tif 000004
【００４５】
Ｑに着目すると、ＬＺ＝０のときにＱの最小値−ΔＴ・α・ＬＳが得られ、ＬＺ＝ＬＳのときに、最大値ΔＴ・(α−β)・ＬＳが得られる。そこで、前述と同様にＱの取りうる範囲を求めると、
【００４６】
【数１１】
−９．３６≦Ｑ≦６．１６
【００４７】
【数１２】
0003822389.tif 000005
【００４８】
Ｒ１に着目すると、ＬＺ＝０のときにＲ１の最小値−ΔＴ・α・ＬＳ＋ΔＴ・β・ＬＳ／２が得られ、ＬＺ＝ＬＳ／２のときに、最大値−ΔＴ・(α−β)・ＬＳ／２が得られる。前述と同様にＲ１の取りうる範囲を求めると、
【００４９】
【数１３】
−７．７６≦Ｒ１≦−４．６８
【００５０】
【数１４】
0003822389.tif 000006
【００５１】
Ｒ２に着目すると、ＬＺ＝ＬＳ／２のときにＲ２の最小値−ΔＴ・α・ＬＳ／２が得られ、ＬＺ＝ＬＳのときに、最大値ΔＴ・(α−β)・ＬＳ／２が得られる。前述と同様にＲ１の取りうる範囲を求めると、
【００５２】
【数１５】
−４．６８≦Ｒ１≦３．０８
【００５３】
よって、全体としては、下記数１６のようになる。
【００５４】
【数１６】
−７．７６≦Ｒ≦３．０８
【００５５】
ここで、Ｌ５＝６９５mm、Ｌ６＝４００mm、ＬＳ＝４００mm、Ｌ７＝１９０mm、α＝２３．４×１０-6／℃、δ＝１１．０×１０-6／℃として、Ｗを求めると、
【００５６】
【数１７】
0003822389.tif 000007
【００５７】
となる。従って、この場合のように、α≒２δであれば、Ｐ，Ｑ又はＲが最小のときにＶＺも最小になる。また、仮にα＝δ＝２３．４×１０-6／℃であるとした場合でも、Ｗ＝１１．３４９μｍとなるので、Ｐ，Ｑ又はＲが最小のときにＶＺも最小になる。
【００５８】
数値代入時のＰ，Ｑ，Ｒを図示すると、図９のようになる。図の交点のＬＺは、βＬＳ／α≒１３７（mm）であり、ＬＳの約１／３であるので、この場合には、下固定の場合が最も有利である。ちなみに、ＰとＱを比較すると、
【００５９】
【数１８】
0003822389.tif 000008
【００６０】
となる。上記のＷと対応させて、ΔＴ＝１℃とし考えると、α＞βで且つＬＺ≦βＬＳ／αのときＰ≧Ｑ、ＬＺ＞βＬＳ／αのときＰ＜Ｑであり、図９とも一致する。以上の点から、
・α＞２βならばＬＺの大半でＰ＜Ｑ（下固定有利）である。
・β＜α＜２βならばＬＺの大半でＰ≧Ｑ（上固定有利）である。
・α≦βならば常にＰ≧Ｑ（上固定有利）である。
【００６１】
これをまとめると、一般的に次のことが言える。
・α＞２βならば下固定が有利である。
・α≦２βならば上固定が有利である。
【００６２】
従って、もしα＝βであれば、Ｚ軸スケール２３は、上固定とした方が有利であり、そのときには、
【００６３】
【数１９】
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【００６４】
となる。上式の右辺第３項のΔＴ・α・ＬＺは、ＬＺが０〜ＬＳと変化するときに、０〜ΔＴ・α・ＬＳと変化するので、第１項と第２項の和を−ΔＴ・α・ＬＳ／２とするのが、Ｚ軸の全範囲を使用する場合に有利である。このとき、
【００６５】
【数２０】
δ／α＝(Ｌ５−ＬＳ／２)／(Ｌ６−Ｌ７)
【００６６】
となるδを持つ材料を選定するのが望ましい。
【００６７】
なお、以上は、ＣＮＣ三次元測定システムにこの発明を適用した例について説明したが、図１０は、マニュアル型の三次元測定システムにこの発明を適用した例を示している。この場合、三次元測定機１からマニュアル操作によって得られたＸＹＺの各方向の変位情報と温度センサ４からの温度情報とがカウンタ５を介してホストコンピュータ３に取り込まれる。ホストコンピュータ３は、測定環境内に設置した温度センサ４により温度を監視し、温度が変化したと判定された場合に、オペレータに警告音又は警告表示を与える。そして必要に応じて測定中断処理を実行する。オペレータは、警告音又は警告表示がなされたときに、測定を中断して割り込みの座標系再設定のタスクを起動して、測定座標系の再設定を行う。以後、設定された新たな座標系により測定が行われる。このような方法によっても高精度の測定が可能である。
【００６８】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、変位測定機の測定環境の温度を温度検出手段で監視して、所定の温度変化が検出されたときに測定座標系の再構築を行うようにしているので、
▲１▼測定環境内の温度が変動しても、変動後の測定座標系の再構築によって測定誤差を補正することができ、常に精度の良い測定結果を得ることができる、
▲２▼座標系に対する複雑な温度補正処理を割り込み座標系の再設定処理に置き換えたので、処理が簡単になる、
▲３▼測定途中で温度変化が大きい実際の測定環境でも、高精度測定が可能である、
という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例に係るＣＮＣ三次元測定システムを示すブロック図である。
【図２】  同システムにおける三次元測定機の外観斜視図である。
【図３】  同三次元測定機のＸ軸スケールを示す正面図である。
【図４】  同三次元測定機のＹ軸スケールを示す上面図である。
【図５】  同三次元測定機のＺ軸スケールを示す正面図である。
【図６】  同スケールの支持構造の一例を示す側面図及び平面図である。
【図７】  同システムの測定処理を示すフローチャートである。
【図８】  同システムの割り込み座標軸設定タスクを示すフローチャートである。
【図９】  Ｚ軸スケールの固定位置とＺ軸補正値との関係を示すグラフである。
【図１０】  本発明の他の実施例に係るマニュアル型三次元測定システムを示すブロック図である。
【図１１】  三次元測定機における測定座標系の設定処理を説明する為の図である。
【符号の説明】
１…三次元測定機、２…コントローラ、３…ホストコンピュータ、４…温度センサ、５…カウンタ、１２…定盤、１４…ビーム、１６…コラム、１７…スピンドル、１８…プローブ、１９…ワーク、２０…マスターボール。
【図１】
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【図１１】
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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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