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JP2018128345A - Temperature correction method, temperature correction program, and coordinate measuring machine - Google Patents

Temperature correction method, temperature correction program, and coordinate measuring machine Download PDF

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JP2018128345A
JP2018128345A JP2017021470A JP2017021470A JP2018128345A JP 2018128345 A JP2018128345 A JP 2018128345A JP 2017021470 A JP2017021470 A JP 2017021470A JP 2017021470 A JP2017021470 A JP 2017021470A JP 2018128345 A JP2018128345 A JP 2018128345A
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Japan
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scale
error
temperature
thermal expansion
expansion coefficient
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Application number
JP2017021470A
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Japanese (ja)
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大西 徹
Toru Onishi
徹 大西
祐一 村上
Yuichi Murakami
祐一 村上
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Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Instititute (TIRI)
Original Assignee
Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Instititute (TIRI)
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Abstract

【課題】目盛誤差をより低減することができる温度補正方法、温度補正プログラム、及び座標測定機を提供する。【解決手段】熱膨張係数が既知の呼び寸法Lが異なるワークの複数の測定値Lwを測定し、スケールの熱膨張係数をas、スケールの温度をts、ワークの熱膨張係数をaw、ワークの温度をtwとし、スケールの読みLsを算出し、スケールの読みLsから得られた目盛誤差Esを20℃の時の目盛誤差Es2に置換し、呼び寸法Lごとの目盛誤差Es2の変化を表すグラフの傾きascと特定の式を用いて等価スケール温度係数誤差dKsを算出し、スケールの熱膨張係数の補正値としてascを用いた目盛誤差Ec2を算出し、呼び寸法Lごとの目盛誤差Ec2の変化を表すグラフの傾きas0と特定の式を用いてスケールオフセット誤差dts0を算出する。【選択図】図2PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a temperature correction method, a temperature correction program, and a coordinate measuring machine capable of further reducing a scale error. SOLUTION: A plurality of measurement values Lw of works having different nominal dimensions L with known thermal expansion coefficients are measured, the thermal expansion coefficient of the scale is as, the temperature of the scale is ts, the thermal expansion coefficient of the work is aw, and the thermal expansion coefficient of the work is A graph showing the change in the scale error Es2 for each nominal dimension L, where the temperature is tw, the scale reading Ls is calculated, and the scale error Es obtained from the scale reading Ls is replaced with the scale error Es2 at 20 ° C. The equivalent scale temperature coefficient error dKs is calculated using the slope asc and a specific expression, the scale error Ec2 is calculated using asc as the correction value of the thermal expansion coefficient of the scale, and the change of the scale error Ec2 for each nominal dimension L is calculated. The scale offset error dts0 is calculated by using the slope as0 of the graph and the specific expression. [Selection diagram] Figure 2

Description

本発明は、温度補正方法、温度補正プログラム、及び座標測定機に関するものである。   The present invention relates to a temperature correction method, a temperature correction program, and a coordinate measuring machine.

ISO1は、ワークの幾何特性仕様及び検証のための標準基準温度を定めており、当該標準基準温度を20℃としている。測定時の温度と、標準基準温度との偏差がある場合、ワークと測定機の温度が等しくても、測定された長さには誤差が発生する。このようなワークの長さを測定する座標測定機として例えば三次元測定機においては、測定精度を維持するために、温度補正が行われている(例えば、特許文献1〜3)。温度補正を行うには、三次元測定機における三次元空間を構成する各軸に沿って配置されたスケール及び測定対象であるワークの、熱膨張係数(CTE:Coefficient of Thermal Expansion)及び温度を知る必要がある。例えば23℃で1000mmの鋼製のワークを測定する場合、ワークのCTEは約(10±1)×10−6/℃であるが、CTEの不確かさが±1×10−6/℃程度存在する。このため、CTEの不確かさによる測定寸法の不確かさは、3μmとなる。この不確かさは、23℃で測定する限り、補正することができず、20℃からの偏差が大きいほど大きくなる。 ISO 1 defines a standard reference temperature for work geometry specification and verification, and the standard reference temperature is set to 20 ° C. When there is a deviation between the temperature at the time of measurement and the standard reference temperature, an error occurs in the measured length even if the temperature of the workpiece and the measuring machine is equal. As a coordinate measuring machine that measures the length of such a workpiece, for example, in a three-dimensional measuring machine, temperature correction is performed in order to maintain measurement accuracy (for example, Patent Documents 1 to 3). In order to perform temperature correction, the CTE (Coefficient of Thermal Expansion) and the temperature of the scale arranged along each axis constituting the three-dimensional space in the CMM and the workpiece to be measured are known. There is a need. For example, when measuring a 1000 mm steel workpiece at 23 ° C., the CTE of the workpiece is about (10 ± 1) × 10 −6 / ° C., but CTE uncertainty is about ± 1 × 10 −6 / ° C. To do. For this reason, the measurement dimension uncertainty due to CTE uncertainty is 3 μm. This uncertainty cannot be corrected as long as it is measured at 23 ° C., and increases as the deviation from 20 ° C. increases.

特許文献1には、各軸スケールに装着された温度センサーとワークを測定する温度センサーとによって温度を監視し、測定結果が20℃時の値に換算して出力される温度補正方法が開示されている。特許文献2及び3では、低熱膨張係数のワークと熱膨張するワークの測定長さと、予め制御部に記憶された前記ワークの基準長さと熱膨張係数に基づき、温度補正をしている。   Patent Document 1 discloses a temperature correction method in which a temperature is monitored by a temperature sensor mounted on each axis scale and a temperature sensor that measures a workpiece, and a measurement result is converted into a value at 20 ° C. and output. ing. In Patent Documents 2 and 3, temperature correction is performed on the basis of the measured length of a workpiece having a low thermal expansion coefficient and a workpiece that thermally expands, and the reference length and the thermal expansion coefficient of the workpiece stored in advance in the control unit.

また従来法による目盛誤差Eは、普通(鋼製)のブロックゲージやステップゲージ等のワークを用いて、下記式(100)に示すようにワークの長さを測定した値Lとワークの長さの校正値Lとの差の比率で表している。
E=(L−L)/L・・・(100)
Also scale the error E by the conventional method, usually using the work, such as gauge blocks or steps gauge (made of steel), the value L w and the work length of the measurement of the length of the workpiece as shown in the following formula (100) it represents a ratio of the difference between the calibration value L c.
E = (L w −L c ) / L c (100)

特開平11−190617号公報JP-A-11-190617 特開平06−229705号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-229705 特開平06−229706号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-229706

しかしながら、上記特許文献に係る温度補正方法では、スケールの熱膨張係数やスケールとワークの温度は正しいとして補正されているので、まだ十分とはいえず、測定された長さを標準基準温度における長さに換算した場合の目盛誤差が大きいという問題があった。   However, in the temperature correction method according to the above-mentioned patent document, since the thermal expansion coefficient of the scale and the temperature of the scale and the workpiece are corrected as being correct, it cannot be said that the measured length is the length at the standard reference temperature. There is a problem that the scale error is large when converted into a height.

本発明は、目盛誤差をより低減することができる温度補正方法、温度補正プログラム、及び座標測定機を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a temperature correction method, a temperature correction program, and a coordinate measuring machine that can further reduce a scale error.

本発明に係る座標測定機の温度補正方法は、熱膨張係数が既知の呼び寸法Lが異なるワークの複数の測定値Lを測定し、スケールの熱膨張係数をa、スケールの温度をt、前記ワークの熱膨張係数をa、ワークの温度をtとした場合、下記式(1)を用いてスケールの読みLを算出するステップと、前記スケールの読みLから得られた目盛誤差Eを20℃の時の目盛誤差Es2に置換するステップと、呼び寸法Lごとの目盛誤差Es2の変化を表すグラフの傾きascと、下記式(2)を用いて等価スケール温度係数誤差dKを算出するステップと、スケールの熱膨張係数の補正値として前記ascを用いて算出された測定値Lから目盛誤差Ec2を算出するステップと、呼び寸法Lごとの目盛誤差Ec2の変化を表すグラフの傾きas0と、下記式(3)を用いてスケールオフセット誤差dts0を算出するステップと
を備えることを特徴とする。
=L−L(a(t−20)−a(t−20))・・・(1)
dK=(a−asc)/a・・・(2)
dts0=as0/a・・・(3)
Temperature correction method of the coordinate measuring machine according to the present invention, the thermal expansion coefficient measures the plurality of measurement values L w of known nominal dimension L is different work, the thermal expansion coefficient of the scale a s, a temperature scale t s, wherein the thermal expansion coefficient of the workpiece a w, if the temperature of the workpiece was t w, and calculating the scale reading L s using the following equation (1), obtained from reading the scale L s and replacing the scale error E s to scale the error E s2 when the 20 ° C. was equivalent with the slope a sc of a graph showing a change in the scale error E s2 for each nominal dimension L, the following equation (2) A step of calculating the scale temperature coefficient error dK s , a step of calculating the scale error E c2 from the measured value L w calculated using the a sc as a correction value of the thermal expansion coefficient of the scale, Scale error Ec2 The gradient a s0 graph showing a change in, characterized in that it comprises the step of calculating a scaled offset error dt s0 using the following equation (3).
L s = L w -L (a s (t s -20) -a w (t w -20)) ··· (1)
dK s = (a s −a sc ) / a s (2)
dt s0 = a s0 / a s ··· (3)

本発明に係る座標測定機の温度補正プログラムは、コンピュータに対して、熱膨張係数が既知の呼び寸法Lが異なるワークの複数の測定値Lを測定し、スケールの熱膨張係数をa、スケールの温度をt、前記ワークの熱膨張係数をa、ワークの温度をtとした場合、上記式(1)を用いてスケールの読みLを算出するステップと、前記スケールの読みLから得られた目盛誤差Eを20℃の時の目盛誤差Es2に置換するステップと、呼び寸法Lごとの目盛誤差Es2の変化を表すグラフの傾きascと、上記式(2)を用いて等価スケール温度係数誤差dKを算出するステップと、スケールの熱膨張係数の補正値として前記ascを用いて算出された測定値Lから目盛誤差Ec2を算出するステップと、呼び寸法Lごとの目盛誤差Ec2の変化を表すグラフの傾きas0と、上記式(3)を用いてスケールオフセット誤差dts0を算出するステップとを実行させることを特徴とする。 Temperature correction program of the coordinate measuring machine according to the present invention, the computer, the thermal expansion coefficient measures the plurality of measurement values L w of known nominal dimension L is different work, the thermal expansion coefficient of the scale a s, the temperature scale t s, the thermal expansion coefficient of a w of the workpiece, if the temperature of the workpiece was t w, and calculating the scale reading L s using the above equation (1), reading of the scale and replacing the scale error E s obtained from L s the scale error E s2 when the 20 ° C., and the gradient a sc of a graph showing a change in the scale error E s2 for each nominal dimension L, the equation (2 ) To calculate the equivalent scale temperature coefficient error dK s, to calculate the scale error E c2 from the measured value L w calculated using the a sc as the correction value of the thermal expansion coefficient of the scale, Call The gradient a s0 of a graph showing a change in the scale error E c2 for each dimension L, thereby forming characterized by and a step of calculating the scale offset error dt s0 using the above equation (3).

本発明に係る座標測定機は、熱膨張係数が既知の呼び寸法Lが異なるワークの複数の測定値Lを測定し、スケールの熱膨張係数をa、スケールの温度をt、前記ワークの熱膨張係数をa、ワークの温度をtとした場合、上記式(1)を用いてスケールの読みLを算出し、前記スケールの読みLから得られた目盛誤差Eを20℃の時の目盛誤差Es2に置換し、呼び寸法Lごとの目盛誤差Es2の変化を表すグラフの傾きascと、上記式(2)を用いて等価スケール温度係数誤差dKを算出し、スケールの熱膨張係数の補正値として前記ascを用いて算出された測定値Lから目盛誤差Ec2を算出し、呼び寸法Lごとの目盛誤差Ec2の変化を表すグラフの傾きas0と、上記式(3)を用いてスケールオフセット誤差dts0を算出することを特徴とする。 Coordinate measuring machine according to the present invention, the thermal expansion coefficient of the known nominal dimension L measures the plurality of measurement values L w of different work, the thermal expansion coefficient of the scale a s, a temperature scale t s, the work the thermal expansion coefficient of a w, if the temperature of the workpiece was t w, and calculates a scale reading L s by using equation (1), the scale error E s obtained from readings L s of the scale The scale error E s2 at 20 ° C. is substituted, and the equivalent scale temperature coefficient error dK s is calculated using the slope a sc of the graph representing the change in the scale error E s2 for each nominal dimension L and the above equation (2). Then, the scale error E c2 is calculated from the measurement value L w calculated using the a sc as the correction value of the thermal expansion coefficient of the scale, and the slope a of the graph representing the change in the scale error E c2 for each nominal dimension L scale using the s0, the above equation (3) And calculates the offset error dt s0.

本発明によれば、呼び寸法Lが異なる複数のスケールの読みの目盛誤差Eに基づいて、より正しいスケールの熱膨張係数を求めることにより、温度センサーの等価スケール温度係数誤差dKとスケールオフセット誤差dts0を分離することができるので、各温度センサーをより正確に補正することができる。 According to the present invention, based on the scale error E s reading of a plurality of scales nominal dimension L are different, by obtaining the thermal expansion coefficient of more accurate scale, the equivalent scale temperature coefficient of the temperature sensor error dK s and scale offset Since the error dt s0 can be separated, each temperature sensor can be corrected more accurately.

本実施形態に係る測定機本体の構成を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the structure of the measuring machine main body which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the control apparatus which concerns on this embodiment. 倍率誤差とオフセット誤差の説明に供するグラフである。It is a graph with which it uses for description of a magnification error and an offset error. ステップゲージの長さを測定した測定値に基づいて算出した目盛誤差を示すグラフである。It is a graph which shows the scale error computed based on the measured value which measured the length of the step gauge. スケールの読みの目盛誤差を示すグラフである。It is a graph which shows the scale error of scale reading. 図5の結果に基づき、20℃の時の目盛誤差を算出した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having calculated the scale error at the time of 20 ° C based on the result of Drawing 5. スケールの熱膨張係数をascに置換して算出した目盛誤差を示すグラフである。The thermal expansion coefficient of the scale is a graph showing the scale error calculated by substituting a sc. さらに各スケールの温度tを補正後温度ts−corrに置換して算出した目盛誤差を示すグラフである。Further is a graph showing the scale error calculated by substituting the temperature t s of the scale corrected temperature t s-corr. 三次元測定機に付属の温度センサーと校正された温度センサーで測定された結果の相関を示すグラフである。It is a graph which shows the correlation of the result measured with the temperature sensor attached to the coordinate measuring machine, and the calibrated temperature sensor. スケールとワーク温度計の温度補正を行った結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having performed temperature correction of a scale and a work thermometer.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

1.実施形態
(1)全体構成
座標測定機としての三次元測定機は、図1に示す測定機本体10と、後述する制御装置とを備える。測定機本体10は、基台12、Y軸レール14、Y軸移動体16、X軸移動体18、及びZ軸移動体19を備える。Y軸レール14は、基台12上のY軸に沿って設けられている。Y軸移動体16は、一対の脚部15と、脚部15の上端間に掛け渡された梁部17とを有し、脚部15がY軸レール14に沿って走行することにより、基台12上をY軸方向に移動することができる。X軸移動体18は、Y軸に対し直交するX軸方向に移動可能に、Y軸移動体16の梁部17に支持されている。Z軸移動体19は、X軸及びY軸に対し直交するZ軸方向に移動可能に、X軸移動体18に支持されている。Z軸移動体19は、先端にプローブ20を保持している。
1. Embodiment (1) Overall Configuration A three-dimensional measuring machine as a coordinate measuring machine includes a measuring machine main body 10 shown in FIG. 1 and a control device to be described later. The measuring machine body 10 includes a base 12, a Y-axis rail 14, a Y-axis moving body 16, an X-axis moving body 18, and a Z-axis moving body 19. The Y-axis rail 14 is provided along the Y-axis on the base 12. The Y-axis moving body 16 has a pair of leg portions 15 and a beam portion 17 spanned between the upper ends of the leg portions 15, and the leg portion 15 travels along the Y-axis rail 14. The stage 12 can be moved in the Y-axis direction. The X-axis moving body 18 is supported by the beam portion 17 of the Y-axis moving body 16 so as to be movable in the X-axis direction orthogonal to the Y-axis. The Z-axis moving body 19 is supported by the X-axis moving body 18 so as to be movable in the Z-axis direction orthogonal to the X-axis and the Y-axis. The Z-axis moving body 19 holds the probe 20 at the tip.

測定機本体10は、プローブ20のY軸方向の移動量を測定するY軸スケール22と、プローブ20のX軸方向の移動量を測定するX軸スケール24と、プローブ20のZ軸方向の移動量を測定するZ軸スケール26とを備える。Y軸スケール22はY軸レール14に、X軸スケール24は梁部17に、Z軸スケール26はZ軸移動体19にそれぞれ設けられている。実際には、測定機本体10は、X軸スケール24、Y軸スケール22、及びZ軸スケール26の値をそれぞれ読み取る検出器(図示しない)を備えている。当該検出器は、読み取った結果を示す座標信号を制御装置30に出力する。   The measuring machine main body 10 includes a Y-axis scale 22 that measures the amount of movement of the probe 20 in the Y-axis direction, an X-axis scale 24 that measures the amount of movement of the probe 20 in the X-axis direction, and the movement of the probe 20 in the Z-axis direction. And a Z-axis scale 26 for measuring the quantity. The Y axis scale 22 is provided on the Y axis rail 14, the X axis scale 24 is provided on the beam portion 17, and the Z axis scale 26 is provided on the Z axis moving body 19. Actually, the measuring instrument main body 10 includes a detector (not shown) that reads the values of the X-axis scale 24, the Y-axis scale 22, and the Z-axis scale 26, respectively. The detector outputs a coordinate signal indicating the read result to the control device 30.

測定機本体10は、X軸スケール24、Y軸スケール22、Z軸スケール26、ワークWの温度を測定する温度計としての温度センサー28が設けられている。温度センサー28xはX軸スケール24に、温度センサー28yはY軸スケール22に、温度センサー28zはZ軸スケール26に、温度センサー28wはワークWにそれぞれ設けられている。各温度センサー28は、検出した温度信号を制御装置30に出力する。   The measuring machine main body 10 is provided with an X-axis scale 24, a Y-axis scale 22, a Z-axis scale 26, and a temperature sensor 28 as a thermometer for measuring the temperature of the workpiece W. The temperature sensor 28x is provided on the X-axis scale 24, the temperature sensor 28y is provided on the Y-axis scale 22, the temperature sensor 28z is provided on the Z-axis scale 26, and the temperature sensor 28w is provided on the workpiece W. Each temperature sensor 28 outputs the detected temperature signal to the control device 30.

図2は制御装置30の構成を示すブロック図である。制御装置30は、温度算出部32、温度補正部34、変位算出部36、及び基本温度補正部35を備える。制御装置30は、予め格納されている基本プログラムや温度補正処理プログラムなどの各種プログラムを読み出して、これら各種プログラムに従って全体を制御するようになされている。   FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the control device 30. The control device 30 includes a temperature calculation unit 32, a temperature correction unit 34, a displacement calculation unit 36, and a basic temperature correction unit 35. The control device 30 reads various programs such as a basic program and a temperature correction processing program stored in advance, and controls the whole according to these various programs.

制御装置30には、各温度センサー28と、測定機本体10とが電気的に接続されている。制御装置30は、各温度センサー28から出力された温度信号と、測定機本体10から出力された座標信号とが入力される。本図に示すように、三次元測定機1は、測定機本体10、制御装置30、及び各温度センサー28を備える。また温度補正装置38は、各温度センサー28と、温度算出部32、温度補正部34、及び基本温度補正部35を有する。   Each temperature sensor 28 and the measuring machine main body 10 are electrically connected to the control device 30. The controller 30 receives the temperature signal output from each temperature sensor 28 and the coordinate signal output from the measuring machine main body 10. As shown in the figure, the coordinate measuring machine 1 includes a measuring machine main body 10, a control device 30, and each temperature sensor 28. The temperature correction device 38 includes each temperature sensor 28, a temperature calculation unit 32, a temperature correction unit 34, and a basic temperature correction unit 35.

温度算出部32は、入力された温度信号を温度データに変換し、スケールの温度tやワークWの温度tを算出する。変位算出部36は、入力された座標信号に基づいて、プローブ20の変位量、すなわち長さ(以下、「スケールの読み」ともいう)Lを算出する。例えば、ワークWのX軸方向の長さ、すなわち2点間距離を測定する場合、プローブ20の先端の接触部がワークWに接触したときに、当該接触部の座標に係る座標信号を測定機本体10が出力する。制御装置30は、このようにして得られた2点の座標信号に基づき、プローブ20の変位量であるワークWのX軸方向の長さを算出する。 Temperature calculating unit 32 converts the input temperature signal to the temperature data to calculate the temperature t w of the temperature t s and the workpiece W of the scale. The displacement calculation unit 36 calculates the displacement amount, that is, the length (hereinafter also referred to as “scale reading”) L s of the probe 20 based on the input coordinate signal. For example, when measuring the length of the workpiece W in the X-axis direction, that is, the distance between two points, when the contact portion at the tip of the probe 20 comes into contact with the workpiece W, a coordinate signal related to the coordinates of the contact portion is measured. The main body 10 outputs. The control device 30 calculates the length in the X-axis direction of the workpiece W, which is the displacement amount of the probe 20, based on the coordinate signals of the two points obtained in this way.

スケールの温度tは、測定機本体に設置された温度センサー28で測定された温度を用いることができる。 Temperature t s of the scale can be used the measured temperature by the temperature sensor 28 installed in the measuring unit.

基本温度補正部35は、温度算出部32で得られた各箇所の温度データに基づき、スケールの読みLに対して基本温度補正処理を行う。基本温度補正処理は、スケールの読みLに対して、熱膨張係数a、aに基づく基本温度補正を行ったワークWの長さの測定値Lを算出する。ワークWの長さの測定値Lは、スケールの熱膨張係数をa、ワークWの熱膨張係数をa、スケールの温度をt、ワークWの温度をtとすると、下記式(10)で表すことができる。
=L(1+a(t−20)−a(t−20))・・・(10)
The basic temperature correction unit 35 performs a basic temperature correction process on the scale reading L s based on the temperature data of each part obtained by the temperature calculation unit 32. Base temperature correction process is calculated for scale reading L s, the thermal expansion coefficient of a s, a measured value L w of the length of the workpiece W subjected to basic temperature correction based on a w. Measurements L w of the length of the workpiece W, the thermal expansion coefficient of the scale a s, a thermal expansion coefficient of the workpiece W a w, a temperature scale t s, the temperature of the workpiece W and t w, the following formula (10).
L w = L s (1 + a s (t s -20) -a w (t w -20)) ··· (10)

温度補正部34は、温度算出部32で得られた各箇所の温度データに基づき、温度センサー28を補正する。まず温度補正部34は、ワークWとして熱膨張係数が小さいステップゲージ(以下、「低熱膨張係数のステップゲージ」という)の複数の長さにおける目盛誤差Eから、各スケールに設けられた温度センサー28x、28y、28zの補正を行い、次いで、別途用意した校正された温度センサーを用いてワークWの温度センサー28wの補正をする。 The temperature correction unit 34 corrects the temperature sensor 28 based on the temperature data at each location obtained by the temperature calculation unit 32. First, the temperature correction unit 34 is a temperature sensor provided on each scale from scale errors E c at a plurality of lengths of a step gauge having a small thermal expansion coefficient (hereinafter referred to as “step gauge having a low thermal expansion coefficient”) as the workpiece W. 28x, 28y, and 28z are corrected, and then the temperature sensor 28w of the workpiece W is corrected using a separately prepared temperature sensor.

まず、温度センサー28x、28y、28zを補正する場合について説明する。ワークWの長さの校正値をLとすると、目盛誤差Eは、下記式(11)で表すことができる。
E=L−L=L(1+a(t−20)−a(t−20))−L・・・(11)
First, a case where the temperature sensors 28x, 28y, and 28z are corrected will be described. When the calibration value of the length of the workpiece W and L c, the scale error E can be expressed by the following equation (11).
E = L w -L c = L s (1 + a s (t s -20) -a w (t w -20)) - L c ··· (11)

本実施形態の場合、測定値Lが有する誤差は、X軸スケール24、Y軸スケール22、及びZ軸スケール26の誤差として、各スケール固有の熱膨張係数aの誤差、各スケールに設けられた温度センサー28x、28y、28zによって測定された温度tの誤差、各スケールの読みLの倍率誤差が含まれると考えられる。さらに各スケールの測定温度tの誤差は、倍率誤差と、オフセット誤差とで構成される。 In this embodiment, the error included in the measured value L w is provided as an error of the X-axis scale 24, Y-axis scale 22, and Z-axis scale 26, the error of each scale intrinsic thermal expansion coefficient a s, in each scale temperatures sensors 28x, 28y, the error of the temperature t s measured by 28z, believed to include the magnification error of each scale reading L s. Further error in the measured temperature t s of the scale, the magnification error, and a offset error.

ワークWの誤差には、ワークWの熱膨張係数aの誤差、ワークWに設けられた温度センサー28wによって測定された温度tの誤差、校正値Lの誤差が含まれると考えられる。さらに、ワークWの測定温度tの誤差は、倍率誤差と、オフセット誤差とで構成される。 The error of the workpiece W, an error in the thermal expansion coefficient a w of the workpiece W, an error of the temperature t w, which is measured by the temperature sensor 28w provided on the workpiece W, is believed to include error calibration values L c. Further, errors in the measured temperature t w of the workpiece W includes a magnification error, and a offset error.

ここで倍率誤差とオフセット誤差について、図3を参照して説明する。図3は、温度センサーで測定された温度データに含まれる誤差を示すグラフであり、横軸が三次元測定機1に設けられた温度センサーで測定したときの20℃からの偏差を示し、縦軸が同じ環境下において校正された温度センサーで測定したときの20℃からの偏差を示す。誤差がない理想的な温度センサーの場合、三次元測定機1に設けられた温度センサーで測定された結果は、校正された温度センサーで測定された結果と一致するので、測定結果は原点を通り傾きが1の直線となる。一方、三次元測定機1に設けられた温度センサーに誤差がある場合、測定結果は、傾きが異なる直線であったり、原点を通らない直線となったりする。このうち直線の傾きに現れる誤差を、倍率誤差と呼ぶ。また原点のずれに表れる誤差を、オフセット誤差と呼ぶ。実際の誤差には、上記倍率誤差及び上記オフセット誤差が組み合わさっている。   Here, the magnification error and the offset error will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a graph showing errors included in the temperature data measured by the temperature sensor. The horizontal axis shows the deviation from 20 ° C. when measured by the temperature sensor provided in the coordinate measuring machine 1, and the vertical axis Deviation from 20 ° C. when measured with a temperature sensor calibrated in the same environment with the axis. In the case of an ideal temperature sensor having no error, the result measured by the temperature sensor provided in the coordinate measuring machine 1 coincides with the result measured by the calibrated temperature sensor. It becomes a straight line with an inclination of 1. On the other hand, when there is an error in the temperature sensor provided in the coordinate measuring machine 1, the measurement result is a straight line with a different inclination or a straight line that does not pass through the origin. Among these, an error appearing in the slope of the straight line is called a magnification error. An error that appears in the deviation of the origin is called an offset error. The actual error is a combination of the magnification error and the offset error.

X軸スケール24、Y軸スケール22、及びZ軸スケール26に関する誤差のうち、各スケールの熱膨張係数aの誤差及び各スケールの温度tの倍率誤差は温度が変化したとき、同じように生じるので区別できない。各スケールの読みLの倍率誤差と各スケールの温度tのオフセット誤差も同様に区別できない。ワークWに関する誤差のうち、ワークWの熱膨張係数aの誤差とワークWの温度tの倍率誤差、及び校正値Lの誤差とワークWの温度tのオフセット誤差も、区別できない。また、校正値L及びワークWの熱膨張係数aの値が高精度で既知とみなせる場合、誤差はないと仮定できるので、温度センサーの誤差は、以下の4つが考えられる。すなわち、各スケールの温度tの倍率誤差と各スケールの熱膨張係数aの誤差で構成される誤差dK(以下、「等価スケール温度係数誤差」と呼ぶ)、各スケールの温度tのオフセット誤差と各スケールの倍率誤差で構成される誤差dts0(以下、「スケールオフセット誤差」と呼ぶ)、ワークWの温度tの倍率誤差とワークWの熱膨張係数aの誤差で構成される誤差dk(以下、「等価ワーク温度係数誤差」と呼ぶ)、ワークWの温度tのオフセット誤差とワークWの校正値Lの誤差で構成される誤差dtw0(以下、「ワークオフセット誤差」と呼ぶ)である。 X-axis scale 24, Y-axis scale 22, and out of the error in the Z-axis scale 26, error and magnification error in temperature t s of the scale of the thermal expansion coefficient a s of each scale when the temperature changes, in the same way It is indistinguishable because it occurs. Offset error of the magnification error and the temperature t s of the scale of each scale reading L s indistinguishable as well. Of error for the workpiece W, the offset error of the temperature t w of the error and the workpiece W magnification errors, and calibration values L c of the temperature t w of the error and the workpiece W in the thermal expansion coefficient a w of the workpiece W also indistinguishable. In addition, when the calibration value Lc and the value of the thermal expansion coefficient aw of the workpiece W can be regarded as known with high accuracy, it can be assumed that there is no error. Therefore, there are four possible temperature sensor errors. That is, the magnification error and the scale of the temperature t s of the scale consists of error in the thermal expansion coefficient a s error dK s (hereinafter, referred to as "equivalent scale Temperature factor error"), the temperature t s of the scale consists of offset error and the magnification error of each scale error dt s0 (hereinafter, referred to as "scale offset error"), is constructed with an error of the thermal expansion coefficients a w magnification error and the workpiece W in the temperature t w of the workpiece W that error dk w (hereinafter, referred to as "equivalent work temperature factor error"), and the error correction value L c of the offset error and the workpiece W in the temperature t w of the workpiece W error dt w0 (hereinafter, "work offset Called "error").

各スケールの温度t及びワークWの温度tを各スケール及びワークWの正しい温度とすると、各スケールの測定温度t 及びワークWの測定温度t は、下記式(12)、(13)で表すことができる。
=(1+dK)t+dts0・・・(12)
=(1+dk)t+dtw0・・・(13)
When the temperature t w of the temperature t s and the workpiece W of each scale to the correct temperature of each scale and the workpiece W, the measured temperature t w of the measured temperature t s * and the workpiece W of each scale * is represented by the following formula (12), (13).
t s * = (1 + dK s ) t s + dt s0 (12)
t w * = (1 + dk w ) t w + dt w0 (13)

これにより、目盛誤差Eは、ワークWの測定値をL、プロービング誤差をPとすると、下記式(14)で表すことができる。
E=L−L=L(1+a(t −20)−a(t −20))―L
≒adts0+adK(t−20)L−adtw0−adk(t−20)L+P・・・(14)
Thus, the scale error E can be expressed by the following equation (14), where L w is the measured value of the workpiece W and P 0 is the probing error.
E = L w -L c = L s (1 + a s (t s * -20) -a w (t w * -20)) - L c
≒ a s dt s0 + a s dK s (t s -20) L w -a w dt w0 -a w dk w (t w -20) L w + P 0 ··· (14)

ワークWとして低熱膨張係数のステップゲージを用いた場合、ワークWの熱膨張係数aは0であるから、目盛誤差Eは、下記式(15)で表すことができる。
=L−L=L(1+a(t −20))―L
=adts0+adK(t−20)L・・・(15)
When using the step gage of the low thermal expansion coefficient as the work W, since the thermal expansion coefficient a w of the workpiece W is 0, the scale error E c can be represented by the following formula (15).
E c = L w -L c = L s (1 + a s (t s * -20)) - L c
= A s dt s0 + a s dK s (t s -20) L w ··· (15)

スケールの読みLは、式(10)より、下記式(16)で表すことができる。
=L−L(a(t−20)−a(t−20))・・・(16)
The scale reading L s can be expressed by the following equation (16) from the equation (10).
L s = L w -L (a s (t s -20) -a w (t w -20)) ··· (16)

ワークWとして低熱膨張係数のステップゲージを用いた場合、ワークWの熱膨張係数aは0であるから、スケールの読みLは下記式(17)、スケールの読みの目盛誤差Eは下記式(18)で表すことができる。なお、aはスケールの熱膨張係数の公証値を用いることができる。
=L−La(t−20)・・・(17)
=L−L=L−La(t−20)―L(18)
When using the step gage of the low thermal expansion coefficient as the work W, since the thermal expansion coefficient a w of the workpiece W is 0, the scale error E s reading L s of scale formula (17), reading of the scale is below It can represent with Formula (18). Incidentally, a s can be used notarized value of the thermal expansion coefficients of the scale.
L s = L w -La s ( t s -20) ··· (17)
E s = L s -L c = L w -La s (t s -20) -L c (18)

上記目盛誤差Eを20℃のときの目盛誤差Es2に置換し、呼び寸法Lごとの目盛誤差Es2の変化を表すグラフにしたときの傾きascが、スケールのより正しい熱膨張係数である。目盛誤差Es2は、目盛誤差Eを20℃からの偏差で除算することにより、算出できる。 Replacing the scale error E s to scale the error E s2 when the 20 ° C., the gradient a sc when the graph representing the change in the scale error E s2 for each nominal dimension L is, in a more correct thermal expansion coefficient of the scale is there. Scale error E s2, by dividing the scale error E s in deviation from 20 ° C., can be calculated.

等価スケール温度係数誤差dKは、スケールのより正しい熱膨張係数ascに基づき、下記式(19)から算出することができる。
dK=(a−asc)/a・・・(19)
The equivalent scale temperature coefficient error dK s can be calculated from the following equation (19) based on the more accurate thermal expansion coefficient a sc of the scale.
dK s = (a s −a sc ) / a s (19)

スケールの熱膨張係数a、スケールのより正しい熱膨張係数ascを用いて、スケールの熱膨張係数を補正した値は、下記式(20)を用いて算出することができる。
asc=L+L(a−asc)(t−20)・・・(20)
上記Lascから求めた目盛誤差をEc2とすると、スケールオフセット誤差dts0は、呼び寸法Lごとの目盛誤差Ec2の変化を表すグラフの傾きas0(スケール温度計のオフセット誤差)から、下記式(21)を用いて算出することができる。
dts0=as0/a・・・(21)
A value obtained by correcting the thermal expansion coefficient of the scale using the thermal expansion coefficient a s of the scale and the more accurate thermal expansion coefficient a sc of the scale can be calculated using the following equation (20).
L asc = L w + L ( a s -a sc) (t s -20) ··· (20)
Assuming that the scale error obtained from L asc is E c2 , the scale offset error dt s0 is calculated from the slope a s0 (offset error of the scale thermometer) of the graph representing the change in the scale error E c2 for each nominal dimension L. It can be calculated using equation (21).
dt s0 = a s0 / a s ··· (21)

このようにして温度補正部34は、低熱膨張係数のステップゲージの異なる複数の呼び寸法Lにおける目盛誤差Eから、等価スケール温度係数誤差dKとスケールオフセット誤差dts0を得る。得られた等価スケール温度係数誤差dK、スケールオフセット誤差dts0、及び上記式(12)から温度tを算出する。このように算出された温度を補正後温度ts−corrと呼ぶ。補正後温度ts−corrをスケールごとに算出することにより、各スケールの温度センサー28x、28y、28zを補正することができる。具体的には、温度センサー28x、28y、28zの設定を、補正後温度ts−corrにそれぞれ変更することにより、補正することができる。 In this way, the temperature correction unit 34 from the scale error E s in a plurality of nominal dimension L of different steps gauge low thermal expansion coefficient, to obtain an equivalent scale temperature coefficient error dK s and scale offset error dt s0. The resulting equivalent scale temperature coefficient errors dK s, calculates the temperature t s from the scale offset error dt s0, and the equation (12). The temperature calculated in this way is referred to as a corrected temperature ts-corr . By calculating the corrected temperature ts -corr for each scale, the temperature sensors 28x, 28y, and 28z of each scale can be corrected. Specifically, the temperature sensor 28x, 28y, 28z can be corrected by changing the setting to the corrected temperature ts -corr .

さらに制御装置30は、式(10)におけるスケールの熱膨張係数aを、スケールごとに求めたスケールのより正しい熱膨張係数ascに変更する。 Further, the control unit 30 changes the thermal expansion coefficient a s of scale in the formula (10), more correct thermal expansion coefficient a sc scales determined for each scale.

なお、等価ワーク温度係数誤差dkに含まれるワークWの熱膨張係数aの誤差は、対象となるワークWによって変わるので、ワークWの倍率誤差と分離できなければ、温度センサー28wの等価ワーク温度係数誤差dkによる補正はできない。したがって本実施形態の場合、等価ワーク温度係数誤差dkについては、無視することとする。 Incidentally, the error of thermal expansion coefficients a w of the workpiece W contained in the equivalent work temperature coefficient errors dk w Since vary workpiece W of interest to be able separated magnification error of the workpiece W, the equivalent of the temperature sensor 28w work Correction by the temperature coefficient error dk w is not possible. Therefore, in this embodiment, the equivalent work temperature coefficient error dk w is ignored.

ワークオフセット誤差dtw0に含まれるワークWの校正値Lの不確かさは、500mmのステップゲージの場合、0.3μm(大澤尊光他、Synthesiology Vol2 No.2 pp.101-112 Jun. 2009)であるので、ワークオフセット誤差dtw0に与える影響が小さいと考えられる。したがって本実施形態の場合、ワークWの校正値Lの誤差については、無視することとする。以上より、温度補正部34は、ワークWの温度tを測定する温度センサー28wを、校正された温度センサーと比較することで、ワークオフセット誤差dtw0、すなわち補正後温度tw−corrを算出し、温度センサー28wを補正することとする。 Uncertainty of the calibration value L c of the workpiece W included in the workpiece offset error dt w0 is 0.3 μm for a 500 mm step gauge (Takamitsu Osawa et al., Synthesiology Vol 2 No. 2 pp.101-112 Jun. 2009) Therefore, it is considered that the influence on the work offset error dt w0 is small. Thus in the present embodiment, the error of the calibration values L c of the work W is to be ignored. As described above, the temperature correction unit 34 calculates the workpiece offset error dt w0 , that is, the corrected temperature tw −corr by comparing the temperature sensor 28 w that measures the temperature tw of the workpiece W with the calibrated temperature sensor. The temperature sensor 28w is corrected.

制御装置30は、補正された温度センサー28で測定された各スケールの温度t、ワークWの温度tに基づいて、スケールの読みLに対して温度補正を行ったワークWの測定値Lを算出する。 Controller 30, the correction temperature sensor 28 the temperature t s of the scale as measured by, based on the temperature t w of the workpiece W, the measured value of the workpiece W subjected to temperature correction for scale reading L s Lw is calculated.

(2)動作及び効果
上記のように構成された三次元測定機1を用いて、温度センサー28x、28y、28zを補正し、校正された温度センサーを用いて温度センサー28wを補正し、これら補正された各温度センサー28を用いて測定した温度で、スケールの読みLに対し温度補正をする手順を説明する。
(2) Operation and Effect Using the coordinate measuring machine 1 configured as described above, the temperature sensors 28x, 28y, and 28z are corrected, the temperature sensor 28w is corrected using the calibrated temperature sensor, and these corrections are made. A procedure for correcting the temperature of the scale reading L s at the temperature measured using each temperature sensor 28 will be described.

まず、ワークWとして低熱膨張係数のステップゲージの呼び寸法Lが異なる2つ以上の長さを、複数の温度条件で測定する。具体的には、基台12上に上記ステップゲージをX軸に平行に設置し、当該ステップゲージのX軸方向の2点の座標を、例えば温度が異なる2条件で検出する。検出結果は、座標信号として測定機本体10から制御装置30へ出力される。制御装置30は、得られた2点の座標信号に基づき、基本温度補正をすることにより、上記ステップゲージのX軸方向の測定値Lを算出する。 First, two or more lengths having different nominal dimensions L of the step gauge having a low thermal expansion coefficient as the workpiece W are measured under a plurality of temperature conditions. Specifically, the step gauge is installed on the base 12 in parallel with the X axis, and the coordinates of two points in the X axis direction of the step gauge are detected under two conditions with different temperatures, for example. The detection result is output from the measuring machine body 10 to the control device 30 as a coordinate signal. Controller 30, based on the coordinate signal of the resulting two points, by the base temperature correction, calculates the measured value L w in the X-axis direction of the step gage.

次いで、制御装置30は、上記式(17)により、得られた測定値L毎にスケールの読みLを算出する。さらに制御装置30は、上記式(18)により、スケールの読みLの目盛誤差Eを算出する。使用したワークWは低熱膨張係数のステップゲージであるので、温度によらず熱膨張しないと考えると、目盛誤差Eは、X軸スケール24に起因して生じた誤差といえる。 Next, the control device 30 calculates a scale reading L s for each obtained measurement value L w according to the above equation (17). Furthermore, the control device 30, by the above formula (18), calculates the scale error E s of scale reading L s. Since the work W used is a step gauge having a low thermal expansion coefficient, the scale error E c can be said to be an error caused by the X-axis scale 24 when it is considered that the workpiece W does not thermally expand regardless of the temperature.

さらに制御装置30は、算出された目盛誤差Eを20℃のときの目盛誤差Es2に置換し、呼び寸法Lごとの目盛誤差Es2の変化を表すグラフにする。グラフは、温度条件の数と同じ複数の直線が得られる。当該複数の直線に基づき、例えば最小二乗法により近似線を求め、当該グラフの傾きから、スケールのより正しい熱膨張係数ascを求める。制御装置30は、式(10)におけるスケールの熱膨張係数aを、スケールごとに求めたスケールのより正しい熱膨張係数ascに変更する。 Further, the control unit 30 replaces the calculated scale error E s to scale the error E s2 when the 20 ° C., to a graph showing changes in the scale error E s2 for each nominal dimension L. In the graph, a plurality of straight lines equal to the number of temperature conditions are obtained. Based on the plurality of straight lines, for example, an approximate line is obtained by the least square method, and a more accurate thermal expansion coefficient asc of the scale is obtained from the inclination of the graph. Controller 30 changes the thermal expansion coefficient a s of scale in the formula (10), more correct thermal expansion coefficient a sc scales determined for each scale.

続いて、制御装置30は、上記式(19)を用いて、等価スケール温度係数誤差dKを算出する。 Subsequently, the control device 30 calculates the equivalent scale temperature coefficient error dK s using the above equation (19).

さらに制御装置30は、上記式(15)におけるスケールの熱膨張係数aをascに変更して目盛誤差Ec2を求め、呼び寸法Lごとの目盛誤差Ec2の変化を表すグラフの傾きas0から、上記式(20)を用いてスケールオフセット誤差dts0を算出する。 Further, the control unit 30 obtains the scale error E c2 to change the formula of thermal expansion coefficient a s of scale in (15) in a sc, gradient a graph showing a change in the scale error E c2 for each nominal dimension L From s0 , the scale offset error dt s0 is calculated using the above equation (20).

得られた等価スケール温度係数誤差dK、スケールオフセット誤差dts0、及び上記式(12)から補正後温度ts−corrを算出することにより、温度センサー28xを補正する。同様に、Y軸スケール22及びZ軸スケール26についても温度センサー28y、28zを補正する。 The temperature sensor 28x is corrected by calculating the corrected temperature t s-corr from the obtained equivalent scale temperature coefficient error dK s , scale offset error dt s0 , and the above equation (12). Similarly, the temperature sensors 28y and 28z are corrected for the Y-axis scale 22 and the Z-axis scale 26.

次いで制御装置30は、三次元測定機1に付属の温度センサー28とは別の校正された温度センサーと、ワークWの温度を測定する温度センサー28wとから温度信号を受け取る。こうして制御装置30は、校正された温度センサーの温度データと、ワークWの温度センサー28wの温度データを比較し、ワークオフセット誤差dtw0、すなわち補正後温度tw−corrを算出する。これにより制御装置30は、ワークオフセット誤差dtw0に基づき、温度センサー28wを補正することができる。 Next, the control device 30 receives temperature signals from a calibrated temperature sensor different from the temperature sensor 28 attached to the coordinate measuring machine 1 and a temperature sensor 28 w that measures the temperature of the workpiece W. In this way, the control device 30 compares the temperature data of the calibrated temperature sensor with the temperature data of the temperature sensor 28w of the workpiece W, and calculates the workpiece offset error dt w0 , that is, the corrected temperature tw -corr . Thus, the control unit 30, based on the work offset error dt w0, it is possible to correct the temperature sensor 28w.

三次元測定機1は、上記のようにして補正された温度センサー28x、28y、28z、28wを用い、tを補正後温度ts−corrとし、tを補正後温度tw−corrとし、上記式(10)を用いて、各スケールの読みLに対し温度補正を行い、さらにスケールの熱膨張係数aをより正しい熱膨張係数as0に置換することで、より誤差のない測定値Lを算出することができる。 Coordinate measuring machine 1, used as the corrected temperature sensors 28x, 28y, 28z, the 28w, a t s a corrected temperature t s-corr, and t w is the corrected temperature t w-corr Using the above equation (10), temperature correction is performed on the reading L s of each scale, and the thermal expansion coefficient a s of the scale is replaced with a more accurate thermal expansion coefficient a s0 , thereby making measurement without errors. it is possible to calculate the value L w.

本実施形態に係る温度補正装置38は、スケールの読みLからスケールのより正しい熱膨張係数を求めることにより、温度センサー28の等価スケール温度係数誤差dKとスケールオフセット誤差dts0を分離することができるので、各温度センサー28をより正確に補正することができる。三次元測定機1は、上記のように補正された各温度センサー28を用いて測定した温度で温度補正を行うことにより、目盛誤差Eをより低減することができる。 The temperature correction device 38 according to the present embodiment separates the equivalent scale temperature coefficient error dK s and the scale offset error dt s0 of the temperature sensor 28 by obtaining a more accurate thermal expansion coefficient of the scale from the scale reading L s. Therefore, each temperature sensor 28 can be corrected more accurately. Coordinate measuring machine 1, by performing the temperature correction at temperature measured using the temperature sensor 28 is corrected as described above, it is possible to further reduce the scale error E c.

等価スケール温度係数誤差dKとスケールオフセット誤差dts0は、標準基準温度に対する偏差によって生じ、種々の誤差(図3に示す倍率誤差とオフセット誤差)が含まれる。したがって温度補正装置38は、等価スケール温度係数誤差dKとスケールオフセット誤差dts0を算出することにより、スケールの読みLに含まれる誤差を温度補正によって、取り除くことができる。 The equivalent scale temperature coefficient error dK s and the scale offset error dt s0 are caused by deviations from the standard reference temperature, and include various errors (magnification error and offset error shown in FIG. 3). Therefore, the temperature correction device 38 can remove the error included in the scale reading L s by temperature correction by calculating the equivalent scale temperature coefficient error dK s and the scale offset error dt s0 .

2.実施例
実際に、ワークWとして低熱膨張係数のステップゲージを用いて、スケールのより正しい熱膨張係数aと、等価スケール温度係数誤差dKと、スケールオフセット誤差dts0を算出した。ステップゲージは、呼び寸法が、20mm、120mm、220mm、320mm、420mm、520mm、620mmである。また測定日を変えて測定温度が異なる2条件で、X軸方向の長さを測定し、目盛誤差Eを算出した。スケール温度tは、温度センサー28xで測定した温度とした。その結果を図4に示す。図4は、横軸がステップゲージの呼び寸法(mm)であり、縦軸が目盛誤差E(μm)である。目盛誤差Eは、ステップゲージの校正値をL、測定値をLとすると、E=L−Lで表すことができる。
2. Example In fact, using a step gauge low coefficient of thermal expansion as the work W, was calculated with the more correct thermal expansion coefficient a s scale, equivalent scale temperature coefficient errors dK s, the scale offset error dt s0. The step gauge has nominal dimensions of 20 mm, 120 mm, 220 mm, 320 mm, 420 mm, 520 mm, and 620 mm. The measurement temperature by changing the measurement date are different two conditions, to measure the length of the X-axis direction was calculated scale error E c. Scale temperature t s was the temperature measured by temperature sensor 28x. The result is shown in FIG. In FIG. 4, the horizontal axis is the nominal size (mm) of the step gauge, and the vertical axis is the scale error E c (μm). Scale error E c is the calibration value of the step gauge L c, when the measured value is L w, can be expressed by E c = L w -L c.

図5は、目盛誤差EとワークWの呼び寸法との関係を示すグラフである。目盛誤差Eは、ステップゲージの校正値をL、スケールの読みをLとすると、E=L−Lで表すことができる。 Figure 5 is a graph showing the relationship between the nominal dimension of the scale error E s and the workpiece W. Scale error E s is the calibration value L c of the step gauge, the scale reading When L s, can be expressed by E s = L s -L c.

次いで、上記目盛誤差Eを20℃のときの目盛誤差Es2に置換した。目盛誤差Es2は、目盛誤差Eを20℃からの偏差で除算することにより、算出した。その結果を図6に示す。本図に示すグラフは、測定温度の2条件に応じた2つのグラフから、最小二乗法により求めた1つの直線が示されている。本図の傾きから、本実施例で用いた三次元測定機におけるX軸スケールのより正しい熱膨張係数が7.86×10−6(/℃)であることが分かった。なお、同三次元測定機のスケールの熱膨張係数のカタログ値は、8.00×10−6(/℃)である。式(19)から算出した等価スケール温度係数誤差dKは、0.018であった。 It was then replaced the scale error E s to scale the error E s2 when the 20 ° C.. Scale error E s2, by dividing the scale error E s in deviation from 20 ° C., was calculated. The result is shown in FIG. The graph shown in this figure shows one straight line obtained by the least square method from two graphs corresponding to two conditions of measured temperature. From the inclination of this figure, it was found that the more accurate thermal expansion coefficient of the X-axis scale in the coordinate measuring machine used in this example was 7.86 × 10 −6 (/ ° C.). The catalog value of the thermal expansion coefficient of the scale of the coordinate measuring machine is 8.00 × 10 −6 (/ ° C.). The equivalent scale temperature coefficient error dK s calculated from the equation (19) was 0.018.

続いて、スケールの熱膨張係数として7.86×10−6(/℃)で補正した値を用い、上記式(10)から測定値を算出し目盛誤差Ec2を求めた。その結果を図7に示す。本図の傾きas0は0.0011と、上記式(21)を用いて算出されたスケールオフセット誤差dts0は、0.131であった。 Subsequently, using the value corrected by 7.86 × 10 −6 (/ ° C.) as the thermal expansion coefficient of the scale, the measured value was calculated from the above equation (10) to obtain the scale error E c2 . The result is shown in FIG. The slope a s0 in this figure was 0.0011, and the scale offset error dt s0 calculated using the above equation (21) was 0.131.

図8に、上記のようにして求めたスケールのより正しい熱膨張係数と、等価スケール温度係数誤差dK及びスケールオフセット誤差dts0を用いて式(12)から補正後温度ts−corrを求めた。さらに補正後温度ts−corrを用いて目盛誤差Eを算出し直した結果を図8に示す。本図から、X軸スケール24の温度センサー28xを補正することにより、目盛誤差Eが格段に減少することが確認できた。なお本図に示す目盛誤差Eは、プロービング誤差(−0.6065μm)をさらに差し引いている。 FIG. 8 shows the corrected temperature t s-corr from equation (12) using the more accurate thermal expansion coefficient of the scale obtained as described above, the equivalent scale temperature coefficient error dK s, and the scale offset error dt s0. It was. Further, FIG. 8 shows the result of recalculating the scale error E c using the corrected temperature t s-corr . From the figure, by correcting the temperature sensor 28x of the X-axis scale 24, it was confirmed that the scale error E c is remarkably reduced. Note the scale error E c shown in the figure, further subtracting the probing error (-0.6065μm).

次いで、基台12上に設置した低熱膨張係数のブロックゲージの温度tを測定する温度センサー28wと、校正された温度センサーを隣に設置し、温度データを取得した。温度センサー28wと、校正された温度センサーで測定した温度データの相関図を図9に示す。図9は横軸が温度センサー28wの20℃からの偏差、縦軸が校正された温度センサーの20℃からの偏差を示す。本図から、オフセット誤差dtw0は0.06℃であることが確認できた。 Then, install a temperature sensor 28w for measuring the temperature t w of the block gauge low thermal expansion coefficient is placed on the base 12, a calibrated temperature sensor next were obtained temperature data. FIG. 9 shows a correlation diagram between the temperature sensor 28w and the temperature data measured by the calibrated temperature sensor. FIG. 9 shows the deviation from 20 ° C. of the temperature sensor 28 w on the horizontal axis, and the deviation from 20 ° C. of the calibrated temperature sensor on the vertical axis. From this figure, it was confirmed that the offset error dt w0 was 0.06 ° C.

次に、上記のように補正された温度センサー28xの有効性を、ワークWとして鋼製のブロックゲージを用いて確認した。ブロックゲージは、呼び寸法500mmのものを用い、測定日を変えて測定温度が異なる5条件で、X軸方向の長さを測定し、目盛誤差を算出した。その結果を図10に示す。図10は、横軸が20℃からの偏差(℃)、縦軸が目盛誤差(μm)を示す。目盛誤差EMXは、校正値をL、測定値をLとして、EMX=L−Lで求めた。目盛誤差EMX−s−corrは、より正しい熱膨張係数と、補正されたX軸スケール24の温度センサー28xを用いて温度補正をした結果であって、上記式(10)のtに補正後温度を用いて得た測定値をLとして算出した。さらに目盛誤差EMX−corrは、より正しい熱膨張係数と、補正されたワークWの温度センサー28wを用いて温度補正をした結果であって、上記式(10)のt、及びtに補正後温度を、熱膨張係数としてaを用いて得た測定値Lから算出した。 Next, the effectiveness of the temperature sensor 28x corrected as described above was confirmed using a steel block gauge as the workpiece W. A block gauge having a nominal size of 500 mm was used, the length in the X-axis direction was measured under five conditions with different measurement temperatures by changing the measurement date, and the scale error was calculated. The result is shown in FIG. In FIG. 10, the horizontal axis indicates a deviation (° C.) from 20 ° C., and the vertical axis indicates a scale error (μm). Scale error E MX is the calibration value L c, the measured value as L w, determined at E MX = L w -L c. Scale error E MX-s-corr is a more correct thermal expansion coefficient, a result of the temperature correction using the corrected temperature sensor 28x of the X-axis scale 24, the correction to t s of the above formula (10) the measurements were obtained using a rear temperature was calculated as L w. Further scale error E MX-corr is a more correct thermal expansion coefficient, a result of the temperature correction using the temperature sensor 28w of the corrected workpiece W, t s of the above formula (10), and t w the corrected temperature was calculated from the measured value L w obtained using a s a thermal expansion coefficient.

図中、●は目盛誤差EMX、▲は目盛誤差EMX−s−corr、○は目盛誤差EMX−corrを示す。本図から20℃からの偏差に応じて目盛誤差が変化していることが分かる。またX軸スケール24とワークWの温度センサー28x、28wを補正する前において最大目盛誤差が−2.7(μm)、標準偏差が0.59(μm)であったのに対し、補正後において最大目盛誤差が−0.7(μm)、標準偏差が0.24(μm)に減少することが確認できた。 In the figure, ● represents a scale error E MX , ▲ represents a scale error E MX-s-corr , and ○ represents a scale error E MX-corr . From this figure, it can be seen that the scale error changes according to the deviation from 20 ° C. The maximum scale error was -2.7 (μm) and the standard deviation was 0.59 (μm) before correcting the temperature sensors 28x and 28w of the X-axis scale 24 and the workpiece W. It was confirmed that the maximum graduation error was reduced to -0.7 (μm) and the standard deviation was reduced to 0.24 (μm).

3.変形例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。
3. The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed within the scope of the gist of the present invention.

上記実施形態では、ワークWとして低熱膨張係数のブロックゲージを用いて複数の長さを測定することにより、等価スケール温度係数誤差dKとスケールオフセット誤差dts0を算出することとしたが、本発明はこれに限らない。例えば、熱膨張係数の値が高精度で既知のブロックゲージを用いて、複数の長さを測定することにより、等価スケール温度係数誤差dKとスケールオフセット誤差dts0を算出してもよい。 In the above embodiment, the equivalent scale temperature coefficient error dK s and the scale offset error dt s0 are calculated by measuring a plurality of lengths using a block gauge having a low thermal expansion coefficient as the workpiece W. Is not limited to this. For example, the equivalent scale temperature coefficient error dK s and the scale offset error dt s0 may be calculated by measuring a plurality of lengths using a block gauge whose thermal expansion coefficient value is known with high accuracy.

1 三次元測定機
30 制御装置
32 温度算出部
34 温度補正部
36 変位算出部
38 温度補正装置
W ワーク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 CMM 30 Control apparatus 32 Temperature calculation part 34 Temperature correction part 36 Displacement calculation part 38 Temperature correction apparatus W Workpiece

Claims (6)

熱膨張係数が既知の呼び寸法Lが異なるワークの複数の測定値Lを測定し、スケールの熱膨張係数をa、スケールの温度をt、前記ワークの熱膨張係数をa、ワークの温度をtとした場合、下記式(1)を用いてスケールの読みLを算出するステップと、
前記スケールの読みLから得られた目盛誤差Eを20℃の時の目盛誤差Es2に置換するステップと、
呼び寸法Lごとの目盛誤差Es2の変化を表すグラフの傾きascと、下記式(2)を用いて等価スケール温度係数誤差dKを算出するステップと、
スケールの熱膨張係数の補正値として前記ascを用いて算出された測定値Lから目盛誤差Ec2を算出するステップと、
呼び寸法Lごとの目盛誤差Ec2の変化を表すグラフの傾きas0と、下記式(3)を用いてスケールオフセット誤差dts0を算出するステップと
を備えることを特徴とする座標測定機の温度補正方法。
=L−L(a(t−20)−a(t−20))・・・(1)
dK=(a−asc)/a・・・(2)
dts0=as0/a・・・(3)
Thermal expansion coefficient measures the plurality of measurement values L w of the workpiece known nominal dimensions L are different, the thermal expansion coefficient of the scale a s, a temperature scale t s, the thermal expansion coefficient of the work a w, a work If the temperature was t w, and calculating the scale reading L s using the following equation (1),
Replacing the scale error E s obtained from the scale reading L s with a scale error E s2 at 20 ° C .;
A step of calculating an equivalent scale temperature coefficient error dK s using a slope a sc of a graph representing a change in the scale error E s2 for each nominal dimension L and the following equation (2):
Calculating a scale error E c2 from the measured value L w calculated using the a sc as a correction value of the thermal expansion coefficient of the scale;
The temperature of the coordinate measuring machine comprising: a slope a s0 of a graph representing a change in the scale error E c2 for each nominal dimension L; and a step of calculating a scale offset error dt s0 using the following equation (3): Correction method.
L s = L w -L (a s (t s -20) -a w (t w -20)) ··· (1)
dK s = (a s −a sc ) / a s (2)
dt s0 = a s0 / a s ··· (3)
さらに各スケールの温度tを下記式(4)を用いて算出した補正後温度ts−corrに、スケールの熱膨張係数aを前記傾きascに、それぞれ変更するステップを備えることを特徴とする請求項1記載の座標測定機の温度補正方法。
=(1+dK)t+dts0・・・(4)
Further corrected temperature t s-corr of the temperature t s of the scale was calculated using the following equation (4), characterized in that the thermal expansion coefficient a s of scale in the gradient a sc, comprising the step of changing each The temperature correction method for a coordinate measuring machine according to claim 1.
t s * = (1 + dK s ) t s + dt s0 (4)
コンピュータに対して、
熱膨張係数が既知の呼び寸法Lが異なるワークの複数の測定値Lを測定し、スケールの熱膨張係数をa、スケールの温度をt、前記ワークの熱膨張係数をa、ワークの温度をtとした場合、下記式(1)を用いてスケールの読みLを算出するステップと、
前記スケールの読みLから得られた目盛誤差Eを20℃の時の目盛誤差Es2に置換するステップと、
呼び寸法Lごとの目盛誤差Es2の変化を表すグラフの傾きascと、下記式(2)を用いて等価スケール温度係数誤差dKを算出するステップと、
スケールの熱膨張係数の補正値として前記ascを用いて算出された測定値Lから目盛誤差Ec2を算出するステップと、
呼び寸法Lごとの目盛誤差Ec2の変化を表すグラフの傾きas0と、下記式(3)を用いてスケールオフセット誤差dts0を算出するステップと
を実行させることを特徴とする座標測定機の温度補正プログラム。
=L−L(a(t−20)−a(t−20))・・・(1)
dK=(a−asc)/a・・・(2)
dts0=as0/a・・・(3)
Against the computer,
Thermal expansion coefficient measures the plurality of measurement values L w of the workpiece known nominal dimensions L are different, the thermal expansion coefficient of the scale a s, a temperature scale t s, the thermal expansion coefficient of the work a w, a work If the temperature was t w, and calculating the scale reading L s using the following equation (1),
Replacing the scale error E s obtained from the scale reading L s with a scale error E s2 at 20 ° C .;
A step of calculating an equivalent scale temperature coefficient error dK s using a slope a sc of a graph representing a change in the scale error E s2 for each nominal dimension L and the following equation (2):
Calculating a scale error E c2 from the measured value L w calculated using the a sc as a correction value of the thermal expansion coefficient of the scale;
A coordinate measuring machine characterized by executing a slope a s0 of a graph representing a change in a scale error E c2 for each nominal dimension L and a step of calculating a scale offset error dt s0 using the following equation (3): Temperature correction program.
L s = L w -L (a s (t s -20) -a w (t w -20)) ··· (1)
dK s = (a s −a sc ) / a s (2)
dt s0 = a s0 / a s ··· (3)
さらに各スケールの温度tを下記式(4)を用いて算出した補正後温度ts−corrに、スケールの熱膨張係数aを前記傾きascに、それぞれ変更するステップを実行させることを特徴とする請求項3記載の座標測定機の温度補正プログラム。
=(1+dK)t+dts0・・・(4)
Further corrected temperature t s-corr of the temperature t s of the scale was calculated using the following equation (4), the thermal expansion coefficient a s of scale in the gradient a sc, that to perform the step of changing each The temperature correction program for a coordinate measuring machine according to claim 3.
t s * = (1 + dK s ) t s + dt s0 (4)
熱膨張係数が既知の呼び寸法Lが異なるワークの複数の測定値Lを測定し、スケールの熱膨張係数をa、スケールの温度をt、前記ワークの熱膨張係数をa、ワークの温度をtとした場合、下記式(1)を用いてスケールの読みLを算出し、
前記スケールの読みLから得られた目盛誤差Eを20℃の時の目盛誤差Es2に置換し、
呼び寸法Lごとの目盛誤差Es2の変化を表すグラフの傾きascと、下記式(2)を用いて等価スケール温度係数誤差dKを算出し、
スケールの熱膨張係数の補正値として前記ascを用いて算出された測定値Lから目盛誤差Ec2を算出し、
呼び寸法Lごとの目盛誤差Ec2の変化を表すグラフの傾きas0と、下記式(3)を用いてスケールオフセット誤差dts0を算出する
ことを特徴とする温度補正機能付き座標測定機。
=L−L(a(t−20)−a(t−20))・・・(1)
dK=(a−asc)/a・・・(2)
dts0=as0/a・・・(3)
Thermal expansion coefficient measures the plurality of measurement values L w of the workpiece known nominal dimensions L are different, the thermal expansion coefficient of the scale a s, a temperature scale t s, the thermal expansion coefficient of the work a w, a work When the temperature of tw is tw , the scale reading L s is calculated using the following formula (1),
Replacing the scale error E s obtained from readings L s of the scale graduation error E s2 when the 20 ° C.,
The equivalent scale temperature coefficient error dK s is calculated using the slope a sc of the graph representing the change in the scale error E s2 for each nominal dimension L and the following equation (2):
A scale error E c2 is calculated from the measured value L w calculated using the a sc as a correction value of the thermal expansion coefficient of the scale,
A coordinate measuring machine with a temperature correction function, wherein a scale offset error dt s0 is calculated using a slope a s0 of a graph representing a change in the scale error E c2 for each nominal dimension L and the following equation (3).
L s = L w -L (a s (t s -20) -a w (t w -20)) ··· (1)
dK s = (a s −a sc ) / a s (2)
dt s0 = a s0 / a s ··· (3)
さらに各スケールの温度tを下記式(4)を用いて算出した補正後温度ts−corrに、スケールの熱膨張係数aを前記傾きascに、それぞれ変更することを特徴とする請求項5記載の温度補正機能付き座標測定機。
=(1+dK)t+dts0・・・(4)
Further corrected temperature t s-corr of the temperature t s of the scale was calculated using the following equation (4), the thermal expansion coefficient a s scale gradient a sc, and changing each billing Item 6. A coordinate measuring machine with a temperature correction function according to Item 5.
t s * = (1 + dK s ) t s + dt s0 (4)
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