JP2019045485A - Temperature-correction method, temperature-correction program, and coordinate measuring instrument - Google Patents
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Abstract
【課題】目盛誤差をより容易に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】スケールの熱膨張係数をas、スケールの温度をts、目盛誤差をEcとした場合、基準温度(20℃±0.5℃)において、熱膨張係数が既知の呼び寸法Lの測定値Lw1、および、測定値Lw1の目盛誤差Ec1により下記式(1)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、基準温度と異なる温度環境下において、熱膨張係数が既知の呼び寸法Lが異なる複数の測定値Lw2、および、測定値Lw2の目盛誤差Ec2により式(2)を用いて等価スケール温度係数誤差dKsを算出するステップとを備える。dts0=Ec1/asLw1・・・(1)、dKs=(Ec2−asdts0Lw2)/as(ts−20)Lw2・・・(2)【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a temperature correction method, a temperature correction program, and a coordinate measuring machine capable of reducing a scale error more easily. SOLUTION: When the thermal expansion coefficient of the scale is as, the temperature of the scale is ts, and the scale error is Ec, the nominal dimension L with a known thermal expansion coefficient is measured at a reference temperature (20 ° C ± 0.5 ° C). The step of calculating the scale offset error dts0 using the following equation (1) based on the value Lw1 and the scale error Ec1 of the measured value Lw1 and the nominal dimension L whose thermal expansion coefficient is known under a temperature environment different from the reference temperature. A plurality of different measurement values Lw2 and a step of calculating the equivalent scale temperature coefficient error dKs by using the equation (2) based on the scale error Ec2 of the measurement value Lw2. dts0 = Ec1 / asLw1 ... (1), dKs = (Ec2-asdtts0Lw2) / as (ts-20) Lw2 ... (2) [Selection diagram] FIG.
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(CMM;Coordinate Measuring Machine)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)。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 geometric characteristic specification and verification of a workpiece, and the standard reference temperature is 20 ° C. If 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 temperatures of the workpiece and the measuring machine are equal. As a coordinate measuring machine for measuring the length of such a work, for example, in a three-dimensional measuring machine (CMM; Coordinate Measuring Machine), temperature correction is performed to maintain measurement accuracy (for example, Patent Document 1) ). To perform temperature correction, know the coefficient of thermal expansion (CTE) and the temperature of the scale and the work piece to be measured that are arranged along each axis that composes a three-dimensional space in a three-dimensional measuring machine 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 the CTE uncertainty is about ± 1 × 10 −6 / ° C. Do. Therefore, the uncertainty of the measurement dimension due to the CTE uncertainty is 3 μm. This uncertainty can not be corrected as long as it is measured at 23 ° C., and becomes larger as the deviation from 20 ° C. becomes larger.
特許文献1には、呼び寸法Lが異なる複数のワークの目盛誤差に基づいて、スケールの誤差を算出する温度補正方法が開示されている。
製造現場においては、製品の高精度化に伴い、当該製品を評価することができるより高精度な三次元測定機が求められている。 At a manufacturing site, as the precision of a product is increased, a more accurate three-dimensional measuring machine capable of evaluating the product is required.
本発明は、目盛誤差をより容易に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 capable of reducing a scale error more easily.
本発明に係る座標測定機の温度補正方法は、スケールの熱膨張係数をas、スケールの温度をts、目盛誤差をEcとした場合、基準温度(20℃±0.5℃)において、熱膨張係数が既知の呼び寸法Lの測定値Lw1、および、測定値Lw1の目盛誤差Ec1により下記式(1)を用いてスケールオフセット誤差dts0を算出する、又は校正された温度計で測定された前記スケールの温度と前記スケールの温度計で測定された温度との差を前記スケールオフセット誤差dts0とするステップと、前記基準温度と異なる温度環境下において、熱膨張係数が既知の呼び寸法Lの測定値Lw2、および、測定値Lw2の目盛誤差Ec2により下記式(2)を用いて等価スケール温度係数誤差dKsを算出するステップとを備えることを特徴とする。
dts0=Ec1/asLw1・・・(1)
dKs=(Ec2−asdts0Lw2)/as(ts−20)Lw2・・・(2)
The temperature correction method of the coordinate measuring machine according to the present invention is performed at a reference temperature (20 ° C. ± 0.5 ° C.), where the thermal expansion coefficient of the scale is a s , the temperature of the scale is t s , and the scale error is E c . Calculated scale offset error dt s0 using the following equation (1) from measured value L w1 of nominal dimension L with known thermal expansion coefficient and calibration error E c1 of measured value L w1 or calibrated temperature Setting the difference between the temperature of the scale measured by the gauge and the temperature measured by the thermometer of the scale as the scale offset error dt s 0, and the thermal expansion coefficient is known under a temperature environment different from the reference temperature measurement of the nominal dimension L L w2, and this and a step of calculating the equivalent scale temperature coefficient errors dK s using the following equation (2) by the scale error E c2 measurements L w2 The features.
dt s0 = E c1 / a s L w1 (1)
dK s = (E c2 −a s dt s0 L w2 ) / a s (t s −20) L w2 (2)
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、スケールの熱膨張係数をas、スケールの温度をts、目盛誤差をEcとした場合、基準温度(20℃±0.5℃)において、熱膨張係数が既知の呼び寸法Lの測定値Lw1、および、測定値Lw1の目盛誤差Ec1により上記式(1)を用いてスケールオフセット誤差dts0を算出する、又は校正された温度計で測定された前記スケールの温度と前記スケールの温度計で測定された温度との差を前記スケールオフセット誤差dts0とするステップと、前記基準温度と異なる温度環境下において、熱膨張係数が既知の呼び寸法Lの測定値Lw2、および、測定値Lw2の目盛誤差Ec2により上記式(2)を用いて等価スケール温度係数誤差dKsを算出するステップとを実行させることを特徴とする。 The temperature correction program of the coordinate measuring machine according to the present invention, when the computer uses the thermal expansion coefficient of the scale as s , the temperature of the scale as t s, and the scale error as E c , the reference temperature (20 ° C. ± 0 The scale offset error dt s0 is calculated using the above equation (1) from the measured value L w1 of the nominal dimension L whose thermal expansion coefficient is known and the scale error E c1 of the measured value L w1 at 5 ° C.) Or setting the difference between the temperature of the scale measured by the calibrated thermometer and the temperature measured by the thermometer of the scale as the scale offset error dt s0 , under a temperature environment different from the reference temperature measurements L w2 of thermal expansion coefficient is a known nominal dimension L, and an equivalent scale temperature coefficient errors dK s by using equation (2) by the scale error E c2 measurements L w2 Characterized in that and a step of leaving.
本発明に係る温度補正機能付き座標測定機は、スケールの熱膨張係数をas、スケールの温度をts、目盛誤差をEcとした場合、基準温度(20℃±0.5℃)において、熱膨張係数が既知の呼び寸法Lの測定値Lw1、および、測定値Lw1の目盛誤差Ec1により上記式(1)を用いてスケールオフセット誤差dts0を算出、又は校正された温度計で測定された前記スケールの温度と前記スケールの温度計で測定された温度との差を前記スケールオフセット誤差dts0とし、前記基準温度と異なる温度環境下において、熱膨張係数が既知の呼び寸法Lの測定値Lw2、および、測定値Lw2の目盛誤差Ec2により上記式(2)を用いて等価スケール温度係数誤差dKsを算出する制御装置を備えることを特徴とする。 In the coordinate measuring machine with temperature correction function according to the present invention, when the thermal expansion coefficient of the scale is a s , the temperature of the scale is t s, and the scale error is E c , at the reference temperature (20 ° C. ± 0.5 ° C.) A thermometer that calculates or calibrates the scale offset error dt s0 using the above equation (1) from the measured value L w1 of the nominal dimension L whose thermal expansion coefficient is known and the scale error E c1 of the measured value L w1 The difference between the temperature of the scale measured by the scale and the temperature measured by the thermometer of the scale is the scale offset error dt s0, and under a temperature environment different from the reference temperature, the nominal dimension L whose thermal expansion coefficient is known measurements L w2, and, characterized in that it comprises a control device that calculates an equivalent scale temperature coefficient errors dK s by using equation (2) by the scale error E c2 measurements L w2.
本発明によれば、基準温度(20±0.5℃)における目盛誤差又は校正された温度計で測定された前記スケールの温度と前記スケールの温度計で測定された温度との差から直ちにスケールオフセット誤差を算出するので、より容易に目盛誤差を低減することができる。 According to the present invention, a scale error immediately at the reference temperature (20 ± 0.5 ° C.) or a scale immediately from the difference between the temperature of the scale measured by the calibrated thermometer and the temperature measured by the thermometer of the scale Since the offset error is calculated, the scale error can be more easily reduced.
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 device as a coordinate measuring device includes a measuring device
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後述する制御装置に出力する。
The
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後述する制御装置に出力する。
The measuring machine
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
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
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tsやワークWの温度tw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)Ls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。
The
スケールの温度tsは、測定機本体10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。
As the temperature t s of the scale, the temperature measured by the
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Ls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Lsに対して、熱膨張係数as、aw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Lwを算出する。ワークWの長さの測定値Lwは、スケールの熱膨張係数をas、ワークWの熱膨張係数をaw、スケールの温度をts、ワークWの温度をtwとすると、下記式(10)で表すことができる。
The basic
Lw=Ls(1+as(ts−20)−aw(tw−20))・・・(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Ec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
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Lcとすると、目盛誤差Ecは、下記式(11)で表すことができる。
First, the case of correcting the
Ec=Lw−Lc=Ls(1+as(ts−20)−aw(tw−20))−Lc・・・(11) E c = 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Lw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as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tsの誤差、各スケールの読みLs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ts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
ワークWの誤差には、ワークWの熱膨張係数aw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twの誤差、校正値Lc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tw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 work W is considered to include the error of the thermal expansion coefficient a w of the work W, the error of the temperature t w measured by the
ここで倍率誤差とオフセット誤差について説明する。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. In the case of an ideal temperature sensor without error, the result measured by the temperature sensor provided in the three-
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asの誤差及び各スケールの温度ts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Lsの倍率誤差と各スケールの温度ts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awの誤差とワークWの温度twの倍率誤差、及び校正値Lcの誤差とワークWの温度twのオフセット誤差も、区別できない。また、校正値Lc及びワークWの熱膨張係数aw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tsの倍率誤差と各スケールの熱膨張係数asの誤差で構成される誤差dKs(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ts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twの倍率誤差とワークWの熱膨張係数awの誤差で構成される誤差dkw(以下、「等価ワーク温度係数誤差」と呼ぶ)、ワークWの温度twのオフセット誤差とワークWの校正値Lc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。
各スケールの温度ts及びワークWの温度tw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ts *及びワークWの測定温度tw *は、下記式(12)、(13)で表すことができる。 Assuming that the temperature t s of each scale and the temperature t w of the work W are the correct temperature of each scale and the work W, the measurement temperature t s * of each scale and the measurement temperature t w * of the work W are represented by the following equation (12), It can be represented by (13).
ts *=(1+dKs)ts+dts0・・・(12)
tw *=(1+dkw)tw+dtw0・・・(13)
t s * = (1 + dK s) t s + dt s0 ··· (12)
t w * = (1 + dk w) t w + dt w0 ··· (13)
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awは0であるから、上記式(11)で示される目盛誤差Ecは、ワークWの測定値をLwとすると、下記式(14)で表すことができる。 When a step gauge with a low thermal expansion coefficient is used as the workpiece W, the thermal expansion coefficient a w of the workpiece W is 0, so that the scale error E c represented by the above equation (11) corresponds to L w Then, it can be represented by the following formula (14).
Ec=Lw−Lc=Ls(1+as(ts *−20))−Lc
≒asdts0Lw+asdKs(ts−20)Lw・・・(14)
E c = L w -L c = L s (1 + a s (t s * -20)) - L c
≒ a s dt s0 L w + a s dK s (t s -20) L w ··· (14)
ここで、ts=20±0.5℃の場合、asdKs(ts−20)Lwは0.3未満であるので、上記式(14)のasdKs(ts−20)Lwを無視する。そうすると、基準温度(20±0.5℃)で測定した測定値Lw1から算出した目盛誤差Ec1によりスケールオフセット誤差dts0は、下記式(15)で表すことができる。 Here, in the case of t s = 20 ± 0.5 ° C., since a s dK s (t s −20) L w is less than 0.3, a s dK s (t s − of the above equation (14) can be obtained. 20) Ignore L w . Then, the scale offset error dt s0 can be expressed by the following equation (15) by the scale error E c1 calculated from the measured value L w1 measured at the reference temperature (20 ± 0.5 ° C.).
dts0=Ec1/asLw1・・・(15) dt s0 = E c1 / a s L w1 (15)
基準温度(20±0.5℃)で測定した測定値Lw1から算出した目盛誤差Ec1は、下記式(16)で表すことができる。 The scale error E c1 calculated from the measured value L w1 measured at the reference temperature (20 ± 0.5 ° C.) can be expressed by the following equation (16).
Ec1=Lw1−Lc・・・(16) E c1 = L w1 -L c (16)
なお、測定値Lw1を複数の測定値Lw1L1、Lw1L2とし、目盛誤差Ec1を複数の目盛誤差Ec1L1、Ec1L2と置き換えると、式(15)は下記式(17)で表すことができる。 Incidentally, the measured value L w1 and multiple measurements L w1L1, L w1L2, replacing the scale error E c1 and a plurality of graduation errors E c1L1, E c1L2, that equation (15) is expressed by the following formula (17) it can.
dts0=(Ec1L1−Ec1L2)/(Lw1L1−Lw1L2)as・・・(17) dt s0 = (E c1 L 1 -E c1 L 2 ) / (L w 1 L 1 -L w 1 L 2 ) a s (17)
基準温度と異なる温度環境下において、熱膨張係数が既知の呼び寸法Lの測定値Lw2により等価スケール温度係数誤差dKsは、下記式(18)で表すことができる。 Under the temperature environment different from the reference temperature, the equivalent scale temperature coefficient error dK s can be expressed by the following equation (18) based on the measured value L w2 of the nominal dimension L whose thermal expansion coefficient is known.
dKs=(Ec2−asdts0Lw2)/as(ts−20)Lw2・・・(18) dK s = (E c2 −a s dt s0 L w2 ) / a s (t s −20) L w2 (18)
基準温度と異なる温度環境下において、熱膨張係数が既知の呼び寸法Lの測定値Lw2から算出した目盛誤差Ec2は、下記式(19)で表すことができる。 Under the temperature environment different from the reference temperature, the scale error E c2 calculated from the measured value L w2 of the nominal dimension L whose thermal expansion coefficient is known can be expressed by the following equation (19).
Ec2=Lw2−Lc・・・(19) E c2 = L w2 -L c (19)
測定値Lw2を複数の測定値Lw2L1、Lw2L2とし、目盛誤差Ec2を複数の目盛誤差Ec2L1、Ec2L2と置き換えると、式(18)は下記式(20)で表すことができる。 The measured value L w2 and multiple measurements L w2L1, L w2L2, replacing the scale error E c2 and a plurality of graduation errors E c2L1, E c2L2, formula (18) can be represented by the following formula (20).
dKs={(Ec2L2−Ec2L1)−asdts0(Lw2L1−Lw2L2)}/as(Lw2L1−Lw2L2)(ts−20)・・・(20) dK s = {(E c2L2 -E c2L1) -a s dt s0 (L w2L1 -L w2L2)} / a s (L w2L1 -L w2L2) (t s -20) ··· (20)
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呼び寸法Lにおける異なる温度での目盛誤差Ec1およびEc2から、スケールオフセット誤差dts0と等価スケール温度係数誤差dKsを得る。得られたスケールオフセット誤差dts0、等価スケール温度係数誤差dKs、及び上記式(12)から温度ts *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。
Thus, the
なお、等価ワーク温度係数誤差dkwに含まれるワークWの熱膨張係数aw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dkw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dkwについては、無視することとする。
Since the error of the thermal expansion coefficient a w of the workpiece W included in the equivalent workpiece temperature coefficient error dk w varies depending on the target workpiece W, the equivalent workpiece of the
ワークオフセット誤差dtw0に含まれるワークWの校正値Lc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 p.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Lc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tw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。
The uncertainty of the calibration value L c of the workpiece W included in the workpiece offset error dt w0 is 0.3 μm in the case of a 500 mm step gauge (Tamitsu Osawa et al.,
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ts、ワークWの温度twに基づいて、スケールの読みLsに対して温度補正を行ったワークWの測定値Lwを算出する。
The
(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Lsに対し温度補正をする手順を説明する。
(2) Operation and effect The
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、基準温度(20±0.5℃)、および基準温度と異なる温度環境下において測定する。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点の座標を上記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Lwを算出する。基準温度(20±0.5℃)における測定値をLw1L1、Lw1L2、基準温度と異なる温度環境下における測定値をLw2L1、Lw2L2、とする。
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 reference temperature (20 ± 0.5 ° C.) and a temperature environment different from the reference temperature. 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 the above two conditions. The detection result is output from the measuring machine
次いで、制御装置30は、上記式(16)により、基準温度(20±0.5℃)における目盛誤差Ec1L1、EC1L2を算出する。さらに制御装置30は、上記式(17)により、スケールオフセット誤差dts0を算出する。
Next, the
続いて制御装置30は、上記式(19)により、基準温度と異なる温度環境下における目盛誤差Ec2L1、EC2L2を算出する。さらに制御装置30は、上記式(20)により、等価スケール温度係数誤差dKsを算出する。
Subsequently, the
得られた等価スケール温度係数誤差dKs、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 resulting equivalent scale temperature coefficient errors dK s, by calculating the corrected temperature t s-corr from the scale offset error dt s0, and the formula (12), to correct the
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。
Then, the
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、tsを補正後温度ts−corrとし、tw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Lsに対し温度補正を行い、より誤差のない測定値Lwを算出することができる。
Coordinate measuring
本実施形態に係る温度補正装置38は、基準温度(20±0.5℃)における目盛誤差Ec1から直ちにスケールオフセット誤差dts0を算出するので、より容易に目盛誤差Ecを低減することができる。
Since the
等価スケール温度係数誤差dKs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dKs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Ls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。
Equivalent Scale Temperature Coefficient error dK s and scale offset error dt s0 is caused by deviation from the standard reference temperature, it includes various errors. Accordingly, the
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、基準温度(20±0.5℃)、および基準温度と異なる温度環境下において測定する場合について説明したが、本発明はこれに限らない。ゼロ点比例式を用いて、1つの呼び寸法Lの長さを測定することによって温度補正をしてもよい。すなわち、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の長さを、基準温度(20±0.5℃)で測定した測定値LW1、および基準温度と異なる温度環境下において測定した測定値LW2に基づき、上記式(15)、及び式(19)とにより、スケールオフセット誤差dts0と等価スケール温度係数誤差dKsとを算出してもよい。 The case of measuring two or more lengths with different nominal dimensions L of the step gauge with low thermal expansion coefficient as the work W under the reference temperature (20 ± 0.5 ° C.) and the temperature environment different from the reference temperature has been described The present invention is not limited to this. Temperature correction may be performed by measuring the length of one nominal dimension L using a zero point proportional equation. That is, the length L of the nominal dimension L of the step gauge having a low thermal expansion coefficient as the work W is measured under a temperature environment different from the measured value L W1 measured at the reference temperature (20 ± 0.5 ° C.) and the reference temperature. Based on the value L W2 , the scale offset error dt s0 and the equivalent scale temperature coefficient error dK s may be calculated by the above equations (15) and (19).
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について説明したが、本発明はこれに限らず、熱膨張係数付ステップゲージを用いてもよい。この場合、上記式(11)で示される目盛誤差Ecは、ワークWの測定値をLwとすると、下記式(21)で表すことができる。 Although the case where a step gauge with a low thermal expansion coefficient is used as the work W has been described, the present invention is not limited thereto, and a step gauge with a thermal expansion coefficient may be used. In this case, the scale error E c represented by the equation (11) can be expressed by the following equation (21), where L w is a measured value of the work W.
Ec≒asdts0Lw+asdKs(ts−20)Lw−awdtw0Lw−awdKw(tw−20)Lw・・・(21) E c ≒ a s dt s0 L w + a s dK s (t s -20) L w -a w dt w0 L w -a w dK w (t w -20) L w ··· (21)
ここで、熱膨張係数付ステップゲージを測定する場合、dKw=0とみなせるから、awdKw(tw−20)Lw=0となる。さらに校正された温度計と三次元測定機に付属のワーク温度計を比較することによりdtw0を補正することによって、awdtw0Lw=0となる。したがって上記式(21)は、上記式(14)のように表すことができる。 Here, when measuring the step gauge with a thermal expansion coefficient, it can be considered that dK w = 0, so a w dK w (t w −20) L w = 0. Further, by correcting dt w0 by comparing the calibrated thermometer and the work thermometer attached to the three-dimensional measuring device, a w dt w0 L w = 0 is obtained. Therefore, the above equation (21) can be expressed as the above equation (14).
(3)変形例
(変形例1)
上記実施形態の場合、基準温度(20±0.5℃)で測定した測定値Lw1L1、Lw1L2、および基準温度と異なる温度環境下において測定したLw2L1、Lw2L2は、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測定した値としたが、本発明はこれに限らない。例えば、測定値Lw1L1、Lw1L2、Lw2L1、Lw2L2は、図3に示すように、レーザー干渉測長器40により測定した値を用いてもよい。レーザー干渉測長器40は、レーザー光源42、干渉ミラー44、反射ミラー46を備える。本図の場合、レーザー光源42は、Y軸方向にレーザー光を出射するように配置される。干渉ミラー44は、レーザー光の光路上に配置され入射光の第1偏光成分を側方であるX方向に反射するとともに第2偏光成分を反射して再入射させる。反射ミラー46は、プローブに替えてZ軸移動体の先端に固定されており、干渉ミラー44でX方向に反射された第1偏光成分を反射する。レーザー光源42は、受光部(図示しない)を備えており、演算処理部48(例えばパーソナルコンピュータ)に電気的に接続されている。演算処理部48は、受光器の出力信号から干渉縞による明暗の変化を検出して、測長を行う。
(3) Modification (Modification 1)
In the above embodiment, the reference temperature (20 ± 0.5 ℃) measurements were determined in L w1L1, L w1L2, and L W2L1 measured at standard temperature different environment, L W2L2 a low thermal expansion as the work W Although it was set as the value measured using the step gauge of the coefficient, the present invention is not limited to this. For example, as the measurement values Lw1L1 , Lw1L2 , Lw2L1 and Lw2L2 , as shown in FIG. 3, values measured by the laser interference
レーザー光源42から出射されたレーザー光は、干渉ミラー44に入射すると、スプリッタ面(図示しない)において第1偏光成分がX方向に反射され、測定光として反射ミラー46に向けて出射される。測定光は反射ミラー46の反射面に垂直に入射して反射され、逆進する。測定光は、干渉ミラー44によって反射され、受光器に入射する。第2偏光成分は、干渉ミラー44で反射され、参照光として、受光器に入射する。干渉ミラー44は入射光の光軸を平行移動した光として反射する。このためレーザー光源42から出射されるレーザー光の光軸と、受光器に入射する参照光の光軸とは、互いに離間した平行線になっている。
When the laser light emitted from the
干渉ミラー44で分岐された参照光と測定光とが合成されることにより、それぞれの間の光路差に応じた干渉が起こる。受光器は、干渉に応じた明暗の変化を検出する。この明暗変化は、演算処理部48によってカウントされ、予め設定された測定原点からの距離変化に換算され、レーザー干渉測長器40による出力値として出力される。
The combination of the reference light and the measurement light branched by the
例えば、測定機本体10において、Z軸移動体16の先端に設けられた反射ミラー46をX軸方向に所定距離だけ移動させる。そのとき制御装置30から出力される送り位置、すなわちX方向変位量を測定値Lwとする。同時に、上記レーザー干渉測長器40で得られた出力値を校正値Lcとする。当該測定値Lw及び校正値Lcは、上記実施形態における温度補正方法にそのまま適用することができる。送り位置である測定値Lwとレーザー干渉測長器40で得られた出力値Lcより求めた誤差(Lw−Lc)を、位置決め誤差Ecと呼ぶ。したがって本変形例に係る温度補正方法は、上記実施形態と同様の効果が得られる。
For example, in the measuring machine
上記実施形態における基準温度(20±0.5℃)で測定した測定値Lw1L1、Lw1L2は、必ずしも実際に基準温度(20±0.5℃)で測定した値に限られず、基準温度以外の温度で測定した測定値からシミュレーションにより得た値を用いてもよい。 The measured values L w1L1 and L w1L2 measured at the reference temperature (20 ± 0.5 ° C.) in the above embodiment are not necessarily limited to the values actually measured at the reference temperature (20 ± 0.5 ° C.), and other than the reference temperature The value obtained by simulation from the measured value measured at the temperature of
(変形例2)
上記実施形態の場合、式(15)又は式(17)を用いてスケールオフセット誤差dts0を算出する場合について説明したが、本発明はこれに限らない。上述の通り、スケールオフセット誤差dts0を構成する各スケールの温度tsのオフセット誤差と各スケールの倍率誤差のうち、各スケールの倍率誤差はごく小さい値であることが、これまでの実験結果からわかっている。すなわちスケールオフセット誤差dts0は、各スケールの温度tsのオフセット誤差の影響が大きい。したがって各スケールの温度tsと、校正された温度センサーで測定された温度との差をスケールオフセット誤差dts0としてもよい。これによって、基準温度(20℃±0.5℃)において、熱膨張係数が既知の呼び寸法Lが異なる複数の測定値Lw1L1、Lw1L2を測定する必要がなく、より簡便に補正をすることができる。
(Modification 2)
Although the case of calculating the scale offset error dt s0 using the equation (15) or the equation (17) has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to this. As described above, among the offset error and the magnification error of each scale of temperature t s of the scale constituting the scale offset error dt s0, that the magnification error of each scale is very small value, from the experimental results so far know. That is, the scale offset error dt s0 is largely affected by the offset error of the temperature t s of each scale. Therefore, the difference between the temperature t s of each scale and the temperature measured by the calibrated temperature sensor may be used as the scale offset error dt s0 . As a result , there is no need to measure a plurality of measurement values L w1L1 and L w1L2 having different nominal dimensions L whose thermal expansion coefficients are known at the reference temperature (20 ° C. ± 0.5 ° C.), and correction can be performed more simply. Can.
2.実施例
(実施例1)
実際に、レーザー干渉測長器を用いて、等価スケール温度係数誤差dKsとスケールオフセット誤差dts0を算出した。測定日を変えて測定温度が異なる3条件で、0〜700mmを50mmピッチで測定し、位置決め誤差を算出した。スケール温度ts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、横軸が測定位置(mm)であり、縦軸が位置決め誤差(μm)である。位置決め誤差Ecは、レーザー干渉測長器による測定値を校正値Lc、ワークWの測定値をLwとすると、Ec=Lw−Lcで表すことができる。
2. Example (Example 1)
Indeed, by using a laser interference length measuring machine to calculate the equivalent scale temperature coefficient error dK s and scale offset error dt s0. The positioning error was calculated by measuring 0 to 700 mm at a 50 mm pitch under three conditions of different measurement temperatures by changing the measurement date. The scale temperature t s was a temperature measured by the
図5は、図4のグラフから基準温度(19.65℃)における位置決め誤差Ec1のみを取り出したグラフである。本図に基づき、上記式(15)、又は式(17)により、スケールオフセット誤差dts0を求めることができる。本実施例では、最小二乗法により求めた直線を用いてスケールオフセット誤差dts0を求める場合について説明する。本図における直線は、最小二乗法により求めた。位置決め誤差Ec1を当該直線の傾き(0.001)、スケールの熱膨張係数asを8.00×10−6/℃とすると、上記式(15)、又は式(17)により、スケールオフセット誤差dts0は、0.125℃と算出される。スケールオフセット誤差dts0を補正することにより、位置決め誤差Ec1を0.5μm以下にすることができた(図5中○印)。 FIG. 5 is a graph in which only the positioning error E c1 at the reference temperature (19.65 ° C.) is extracted from the graph of FIG. 4. Based on this figure, the scale offset error dt s0 can be determined by the above equation (15) or equation (17). In this embodiment, the case of obtaining the scale offset error dt s0 using a straight line obtained by the least squares method will be described. The straight line in the figure was determined by the least squares method. Assuming that the positioning error E c1 is the inclination of the straight line (0.001), and the thermal expansion coefficient a s of the scale is 8.00 × 10 −6 / ° C., the scale offset is obtained by the above equation (15) or equation (17) The error dt s0 is calculated to be 0.125 ° C. By correcting the scale offset error dt s0 , the positioning error E c1 can be made 0.5 μm or less (○ in FIG. 5).
図6は、基準温度以外の温度における位置決め誤差Ec2について、スケールオフセット誤差dts0を補正した位置決め誤差Erを示すグラフである。本図は、横軸が測定位置(mm)であり、縦軸が位置決め誤差(μm)である。スケールオフセット誤差dts0による補正は、上記式(18)における(Ec2−asdts0Lw2)、又は上記式(20)における(Ec2L2−Ec2L1)−asdts0(Lw2L1−Lw2L2)に相当する。 FIG. 6 is a graph showing a positioning error E r obtained by correcting the scale offset error dt s0 with respect to the positioning error E c2 at temperatures other than the reference temperature. In this figure, the horizontal axis is the measurement position (mm), and the vertical axis is the positioning error (μm). Correction of scale offset error dt s0 is the equation (18) in (E c2 -a s dt s0 L w2), or (E c2L2 -E c2L1) in the formula (20) -a s dt s0 ( L w2L1 - It corresponds to Lw2L2 ).
次いで、上記位置決め誤差Erを20℃のときの位置決め誤差Er20に置換した。位置決め誤差Er20は、図6のそれぞれの傾きを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7に示す。位置決め誤差Er20を得る計算は、上記式(18)における(Ec2−asdts0Lw2)/(ts−20)Lw2、又は上記式(20)における{(Ec2L2−Ec2L1)−asdts0(Lw2L1−Lw2L2)}/(Lw2L1−Lw2L2)(ts−20)に相当する。したがって上記スケールの熱膨張係数asで除算することにより、等価スケール温度係数誤差dKsを求めることができる。
Then, replacing the above positioning error E r a positioning error E r20 when the 20 ° C.. The
本実施例では、最小二乗法により等価スケール温度係数誤差dKsを求める場合について説明する。図7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。上記直線の傾き(0.00015)を上記スケールの熱膨張係数asで除算することにより、等価スケール温度係数誤差dKsは、0.019と算出される。等価スケール温度係数誤差dKsを得る計算は、式(18)における(Ec2−asdts0Lw2)/as(ts−20)Lw2、又は上記式(20)の{(Ec2L2−Ec2L1)−asdts0(Lw2L1−Lw2L2)}/as(Lw2L1−Lw2L2)(ts−20)に相当する。位置決め誤差Er20に対し等価スケール温度係数誤差dKsを補正した位置決め誤差を図8に示す。上記したように、スケールオフセット誤差dts0および等価スケール温度係数誤差dKsを補正することにより、位置決め誤差を0.5μm以下とすることができた。
In this embodiment, the case where the equivalent scale temperature coefficient error dK s is obtained by the least squares method will be described. The graph shown in FIG. 7 shows one straight line obtained by the least square method from two graphs corresponding to the two conditions of the measurement temperature. The equivalent scale temperature coefficient error dK s is calculated to be 0.019 by dividing the slope (0.00015) of the straight line by the thermal expansion coefficient a s of the scale. Calculated to obtain an equivalent scale temperature coefficient errors dK s is in the formula (18) (E c2 -a s dt s0 L w2) / a s (t s -20) L w2, or the formula (20) {(E c2L2 -E c2L1) -a s dt s0 (L w2L1 -L w2L2)} / a s (L w2L1 -L w2L2) corresponding to (t s -20). A positioning error obtained by correcting the equivalent scale temperature coefficient error dK s with respect to the
次いで、基台12上に設置した低熱膨張係数のステップゲージの温度tw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、ワークオフセット誤差dtw0は0.0576℃であることが確認できた。
Then, a
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Lc、測定値をLwとして、EMX=Lw−Lcで求めた。目盛誤差EMX−s−corrは、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tsに補正後温度を用いて得た測定値をLwとして算出した。さらに目盛誤差EMX−corrは、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ts、及びtwに補正後温度を用いて得た測定値Lwから算出した。
Next, the effectiveness of the
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−0.8(μm)、標準偏差が0.27(μm)に減少することが確認できた。
In the figure, ● indicates a scale error E MX , ▲ indicates a scale error E MX-s-corr , and ○ indicates a scale error E MX-corr . It can be seen from this figure that the scale error changes in accordance with the deviation from 20 ° C. Moreover, before correcting the
(実施例2)
実施例1の図4に示す測定結果に基づき、スケールの温度tsと、校正された温度センサーで測定された温度との差をスケールオフセット誤差dts0とした場合の温度補正を検証した。X軸スケール24に校正された温度センサーを貼り付け、温度データを取得した。温度センサー28x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11に示す。図11は、横軸が温度センサー28x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、スケールオフセット誤差dts0は−0.1315℃とした。
(Example 2)
Based on the measurement results shown in FIG. 4 of the first embodiment, the temperature correction in the case where the difference between the scale temperature t s and the temperature measured by the calibrated temperature sensor is regarded as the scale offset error dt s0 was verified. The calibrated temperature sensor was attached to the
図12は、基準温度以外の温度における位置決め誤差Ec2について、スケールオフセット誤差dts0を補正した位置決め誤差Erを示すグラフである。本図は、横軸が測定位置(mm)であり、縦軸が位置決め誤差(μm)である。スケールオフセット誤差dts0による補正は、上記式(18)における(Ec2−asdts0Lw2)、又は上記式(20)における(Ec2L2−Ec2L1)−asdts0(Lw2L1−Lw2L2)に相当する。 FIG. 12 is a graph showing a positioning error E r obtained by correcting the scale offset error dt s0 with respect to the positioning error E c2 at temperatures other than the reference temperature. In this figure, the horizontal axis is the measurement position (mm), and the vertical axis is the positioning error (μm). Correction of scale offset error dt s0 is the equation (18) in (E c2 -a s dt s0 L w2), or (E c2L2 -E c2L1) in the formula (20) -a s dt s0 ( L w2L1 - It corresponds to Lw2L2 ).
次いで、上記位置決め誤差Erを20℃のときの位置決め誤差Er20に置換した。位置決め誤差Er20は、図12のそれぞれの傾きを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13に示す。位置決め誤差Er20を得る計算は、上記式(18)における(Ec2−asdts0Lw2)/(ts−20)、又は上記式(20)における{(Ec2L2−Ec2L1)−asdts0(Lw2L1−Lw2L2)}/(ts−20)に相当する。したがって上記スケールの熱膨張係数asで除算することにより、等価スケール温度係数誤差dKsを求めることができる。
Then, replacing the above positioning error E r a positioning error E r20 when the 20 ° C.. The
本実施例では、最小二乗法により等価スケール温度係数誤差dKsを求める場合について説明する。13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。続いて上記直線の傾き(0.00016)を上記スケールの熱膨張係数asで除算することにより、等価スケール温度係数誤差dKsは、0.020と算出される。等価スケール温度係数誤差dKsを得る計算は、式(18)における(Er1−Er2)/(Lw2L1−Lw2L2)as(ts−20)、又は上記式(20)の{(Ec2L2−Ec2L1)−asdts0(Lw2L1−Lw2L2)}/as(Lw2L1−Lw2L2)(ts−20)に相当する。位置決め誤差Er20に対し等価スケール温度係数誤差dKsを補正した位置決め誤差を図14に示す。上記したように、スケールオフセット誤差dts0および等価スケール温度係数誤差dKsを補正することにより、位置決め誤差を実施例1と同じ0.5μm以下とすることができた。
In this embodiment, the case where the equivalent scale temperature coefficient error dK s is obtained by the least squares method will be described. The graph shown in FIG. 13 shows one straight line obtained by the least square method from two graphs corresponding to the two conditions of the measurement temperature. Subsequently, the equivalent scale temperature coefficient error dK s is calculated as 0.020 by dividing the slope (0.00016) of the straight line by the thermal expansion coefficient a s of the scale. The calculation for obtaining the equivalent scale temperature coefficient error dK s is (E r1 −E r2 ) / (L w2 L1 −L w2 L2 ) a s (t s −20) in the equation (18), or {( E c2L2 -E c2L1) -a s dt s0 (L w2L1 -L w2L2)} / a s (L w2L1 -L w2L2) corresponding to (t s -20). A positioning error obtained by correcting the equivalent scale temperature coefficient error dK s with respect to the
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、実施例1で用いた鋼製のブロックゲージの測定データを用いて確認した。その結果を図15に示す。図15は、横軸が20℃からの偏差(℃)、縦軸が目盛誤差(μm)を示す。
Next, the effectiveness of the
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−1.0(μm)、標準偏差が0.33(μm)に減少し、実施例1と同等の結果が得られることが確認できた。
In the figure, ● indicates a scale error E MX , ▲ indicates a scale error E MX-s-corr , and ○ indicates a scale error E MX-corr . It can be seen from this figure that the scale error changes in accordance with the deviation from 20 ° C. Moreover, before correcting the
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
1 Three-
Claims (9)
基準温度(20℃±0.5℃)において、熱膨張係数が既知の呼び寸法Lの測定値Lw1、および、測定値Lw1の目盛誤差Ec1により下記式(1)を用いてスケールオフセット誤差dts0を算出する、又は校正された温度計で測定された前記スケールの温度と前記スケールの温度計で測定された温度との差を前記スケールオフセット誤差dts0とするステップと、
前記基準温度と異なる温度環境下において、熱膨張係数が既知の呼び寸法Lの測定値Lw2、および、測定値Lw2の目盛誤差Ec2により下記式(2)を用いて等価スケール温度係数誤差dKs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。
dts0=Ec1/asLw1・・・(1)
dKs=(Ec2−asdts0Lw2)/as(ts−20)Lw2・・・(2) Assuming that the thermal expansion coefficient of the scale is a s , the temperature of the scale is t s , and the graduation error is E c ,
Measured value L w1 of nominal dimension L with known thermal expansion coefficient at reference temperature (20 ° C. ± 0.5 ° C.) and scale error E c1 of measured value L w1 using the following formula (1) for scale offset Calculating the difference between the temperature of the scale measured by the thermometer which has calculated or calibrated the error dt s0 and the temperature measured by the thermometer of the scale as the scale offset error dt s0 ;
Under the temperature environment different from the reference temperature, the equivalent scale temperature coefficient error using the following equation (2) based on the measured value L w2 of the nominal dimension L whose thermal expansion coefficient is known and the scale error E c2 of the measured value L w2 calculating the temperature dK s .
dt s0 = E c1 / a s L w1 (1)
dK s = (E c2 −a s dt s0 L w2 ) / a s (t s −20) L w2 (2)
前記測定値LW2を、熱膨張係数が既知の呼び寸法Lが異なる複数の測定値LW2L1、LW2L2、および、前記目盛誤差EC2をEC2L1、EC2L2とした場合、上記式(2)は下記式(4)で表される
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。
dts0=(Ec1L1−Ec1L2)/(Lw1L1−Lw1L2)as・・・(3)
dKs={(Ec2L2−Ec2L1)−asdts0(Lw2L1−Lw2L2)}/as(Lw2L1−Lw2L2)(ts−20)・・・(4) When the measurement value L W1 is a plurality of measurement values L W1L1 and L W1L2 having different nominal dimensions L whose thermal expansion coefficients are known, and the graduation error E C1 are E C1 L1 and E C1 L2 , the above equation (1) Is represented by the following formula (3),
The measured value L W2, thermal expansion coefficient is a known nominal dimension L is different measurements L W2L1, L W2L2, and, when the scale error E C2 and E C2L1, E C2L2, the formula (2) The temperature correction method of the coordinate measuring machine according to claim 1, wherein is expressed by the following equation (4).
dt s0 = ( Ec1L1 -Ec1L2 ) / ( Lw1L1 -Lw1L2 ) a s (3)
dK s = {(E c2L2 -E c2L1) -a s dt s0 (L w2L1 -L w2L2)} / a s (L w2L1 -L w2L2) (t s -20) ··· (4)
ts *=(1+dKs)ts+dts0・・・(5) The method according to claim 1 or 2, further comprising the step of changing the temperature t s of each scale to the corrected temperature t s * calculated using the following equation (5).
t s * = (1 + dK s) t s + dt s0 ··· (5)
スケールの熱膨張係数をas、スケールの温度をts、目盛誤差をEcとした場合、
基準温度(20℃±0.5℃)において、熱膨張係数が既知の呼び寸法Lの測定値Lw1、および、測定値Lw1の目盛誤差Ec1により下記式(1)を用いてスケールオフセット誤差dts0を算出する、又は校正された温度計で測定された前記スケールの温度と前記スケールの温度計で測定された温度との差を前記スケールオフセット誤差dts0とするステップと、
前記基準温度と異なる温度環境下において、熱膨張係数が既知の呼び寸法Lの測定値Lw2、および、測定値Lw2の目盛誤差Ec2により下記式(2)を用いて等価スケール温度係数誤差dKs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。
dts0=Ec1/asLw1・・・(1)
dKs=(Ec2−asdts0Lw2)/as(ts−20)Lw2・・・(2) For the computer,
Assuming that the thermal expansion coefficient of the scale is a s , the temperature of the scale is t s, and the graduation error is E c ,
Measured value L w1 of nominal dimension L with known thermal expansion coefficient at reference temperature (20 ° C. ± 0.5 ° C.) and scale error E c1 of measured value L w1 using the following formula (1) for scale offset Calculating the difference between the temperature of the scale measured by the thermometer which has calculated or calibrated the error dt s0 and the temperature measured by the thermometer of the scale as the scale offset error dt s0 ;
Under the temperature environment different from the reference temperature, the equivalent scale temperature coefficient error using the following equation (2) based on the measured value L w2 of the nominal dimension L whose thermal expansion coefficient is known and the scale error E c2 of the measured value L w2 and a step of calculating dK s .
dt s0 = E c1 / a s L w1 (1)
dK s = (E c2 −a s dt s0 L w2 ) / a s (t s −20) L w2 (2)
前記測定値LW2を、熱膨張係数が既知の呼び寸法Lが異なる複数の測定値LW2L1、LW2L2、および、前記目盛誤差EC2をEC2L1、EC2L2とした場合、上記式(2)は下記式(4)で表される
ことを特徴とする請求項4記載の座標測定機の温度補正プログラム。
dts0=(Ec1L1−Ec1L2)/(Lw1L1−Lw1L2)as・・・(3)
dKs={(Ec2L2−Ec2L1)−asdts0(Lw2L1−Lw2L2)}/as(Lw2L1−Lw2L2)(ts−20)・・・(4) When the measurement value L W1 is a plurality of measurement values L W1L1 and L W1L2 having different nominal dimensions L whose thermal expansion coefficients are known, and the graduation error E C1 are E C1 L1 and E C1 L2 , the above equation (1) Is represented by the following formula (3),
The measured value L W2, thermal expansion coefficient is a known nominal dimension L is different measurements L W2L1, L W2L2, and, when the scale error E C2 and E C2L1, E C2L2, the formula (2) The temperature correction program of the coordinate measuring machine according to claim 4, wherein is expressed by the following equation (4).
dt s0 = ( Ec1L1 -Ec1L2 ) / ( Lw1L1 -Lw1L2 ) a s (3)
dK s = {(E c2L2 -E c2L1) -a s dt s0 (L w2L1 -L w2L2)} / a s (L w2L1 -L w2L2) (t s -20) ··· (4)
ts *=(1+dKs)ts+dts0・・・(5) The temperature correction program for a coordinate measuring machine according to claim 4 or 5, further comprising the step of changing the temperature t s of each scale to the corrected temperature t s * calculated using the following equation (5). .
t s * = (1 + dK s) t s + dt s0 ··· (5)
基準温度(20℃±0.5℃)において、熱膨張係数が既知の呼び寸法Lの測定値Lw1、および、測定値Lw1の目盛誤差Ec1により下記式(1)を用いてスケールオフセット誤差dts0を算出、又は校正された温度計で測定された前記スケールの温度と前記スケールの温度計で測定された温度との差を前記スケールオフセット誤差dts0とし、
前記基準温度と異なる温度環境下において、熱膨張係数が既知の呼び寸法Lの測定値Lw2、および、測定値Lw2の目盛誤差Ec2により下記式(2)を用いて等価スケール温度係数誤差dKsを算出する制御装置を備える
ことを特徴とする温度補正機能付き座標測定機。
dts0=Ec1/asLw1・・・(1)
dKs=(Ec2−asdts0Lw2)/as(ts−20)Lw2・・・(2) Assuming that the thermal expansion coefficient of the scale is a s , the temperature of the scale is t s, and the graduation error is E c ,
Measured value L w1 of nominal dimension L with known thermal expansion coefficient at reference temperature (20 ° C. ± 0.5 ° C.) and scale error E c1 of measured value L w1 using the following formula (1) for scale offset The difference between the temperature of the scale measured by the thermometer which has calculated or calibrated the error dt s0 and the temperature measured by the thermometer of the scale is taken as the scale offset error dt s0
Under the temperature environment different from the reference temperature, the equivalent scale temperature coefficient error using the following equation (2) based on the measured value L w2 of the nominal dimension L whose thermal expansion coefficient is known and the scale error E c2 of the measured value L w2 A coordinate measuring machine with a temperature correction function characterized by comprising a controller for calculating dK s .
dt s0 = E c1 / a s L w1 (1)
dK s = (E c2 −a s dt s0 L w2 ) / a s (t s −20) L w2 (2)
前記測定値LW2を、熱膨張係数が既知の呼び寸法Lが異なる複数の測定値LW2L1、LW2L2、および、前記目盛誤差EC2をEC2L1、EC2L2とした場合、上記式(2)は下記式(4)で表される
ことを特徴とする請求項7記載の温度補正機能付き座標測定機。
dts0=(Ec1L1−Ec1L2)/(Lw1L1−Lw1L2)as・・・(3)
dKs={(Ec2L2−Ec2L1)−asdts0(Lw2L1−Lw2L2)}/as(Lw2L1−Lw2L2)(ts−20)・・・(4) When the measurement value L W1 is a plurality of measurement values L W1L1 and L W1L2 having different nominal dimensions L whose thermal expansion coefficients are known, and the graduation error E C1 are E C1 L1 and E C1 L2 , the above equation (1) Is represented by the following formula (3),
The measured value L W2, thermal expansion coefficient is a known nominal dimension L is different measurements L W2L1, L W2L2, and, when the scale error E C2 and E C2L1, E C2L2, the formula (2) The coordinate measuring machine with a temperature correction function according to claim 7, characterized in that is expressed by the following equation (4).
dt s0 = ( Ec1L1 -Ec1L2 ) / ( Lw1L1 -Lw1L2 ) a s (3)
dK s = {(E c2L2 -E c2L1) -a s dt s0 (L w2L1 -L w2L2)} / a s (L w2L1 -L w2L2) (t s -20) ··· (4)
ts *=(1+dKs)ts+dts0・・・(5) 9. The coordinate measuring machine with a temperature correction function according to claim 7, further comprising changing the temperature t s of each scale to a corrected temperature t s * calculated using the following equation (5).
t s * = (1 + dK s) t s + dt s0 ··· (5)
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