專利名稱：軸間角度校正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軸間角度校正方法，特別涉及在具有多個(gè)軸的機(jī)械設(shè)備中，用于消除因軸間角度誤差引起的位置測(cè)量誤差的誤差測(cè)量方法及校正計(jì)算方法的改良。
背景技術(shù)：
迄今，為了進(jìn)行形狀測(cè)量一直使用形狀測(cè)量?jī)x。為了使形狀測(cè)量高精度化，降低誤差十分重要。誤差雖然有各種原因，但在具有多個(gè)軸的形狀測(cè)量?jī)x中，降低各軸運(yùn)動(dòng)誤差特別重要。
因此，在現(xiàn)有的形狀測(cè)量?jī)x中，通常，通過(guò)提高其裝配精度，嘗試降低各軸運(yùn)動(dòng)誤差。
但是，在形狀測(cè)量的領(lǐng)域中，伴隨著工件的高精度化，在測(cè)量?jī)x中也要求更高精度?，F(xiàn)在的情況是，例如測(cè)量?jī)x的Y軸工作臺(tái)的機(jī)械裝配精度極限是20μm/200mm(0.0057度)以內(nèi)。另一方面，在非球面形狀等的高精度工件中，則要求更可靠的直角度。
因此，在處理高精度的工件的機(jī)械設(shè)備中，需要更進(jìn)一步降低各軸運(yùn)動(dòng)誤差，但是，由于在因提高機(jī)械的裝配精度引起的各軸運(yùn)動(dòng)誤差的降低中存在上述的極限，因而更進(jìn)一步降低誤差存在困難。
此外，在迄今的方法中，為了嘗試降低運(yùn)動(dòng)誤差的影響，以校正用量規(guī)為基準(zhǔn)進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的各軸運(yùn)動(dòng)精度測(cè)量。
在現(xiàn)有方法中，作為誤差測(cè)量方法，例如是測(cè)量機(jī)械設(shè)備的標(biāo)度誤差、直線度及直角度的技術(shù)，有通過(guò)反轉(zhuǎn)法進(jìn)行校正用量規(guī)的測(cè)量的技術(shù)(特開(kāi)2003-302202號(hào)公報(bào))。
但是，在上述現(xiàn)有的方式中，在校正用量規(guī)反轉(zhuǎn)前后，由于校正用量規(guī)對(duì)裝置的定位需要同一位置的測(cè)量及誤差計(jì)算，所以，還留有改善測(cè)量的簡(jiǎn)易化的余地。
此外，即使在上述現(xiàn)有方式中，也存在基于誤差的測(cè)量結(jié)果求出校正值、校正測(cè)量值的想法本身，其具體的校正計(jì)算方法還沒(méi)有確立。
因此，在具有多個(gè)軸的機(jī)械設(shè)備的領(lǐng)域中，當(dāng)務(wù)之急是開(kāi)發(fā)能夠更高精度、更容易地降低因軸間角度誤差引起的位置測(cè)量誤差的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的課題進(jìn)行的，其目的在于，提供在具有多個(gè)軸的機(jī)械設(shè)備中能夠高精度且容易地進(jìn)行軸間角度校正的軸間角度校正方法。
本發(fā)明的發(fā)明者們對(duì)具有多個(gè)軸的機(jī)械設(shè)備中的軸間角度校正的高精度化及簡(jiǎn)易化進(jìn)行了專心地反復(fù)研究的結(jié)果，首先，發(fā)現(xiàn)以下所示的校正用量規(guī)的選擇、誤差測(cè)量原理的選擇及這些的組合是非常重要的。
即，為了高精度、容易地進(jìn)行機(jī)械設(shè)備的軸間角度校正，本發(fā)明的發(fā)明者們采用了以下的課題解決方法。本發(fā)明的發(fā)明者們從作為校正用量規(guī)的許多校正用量規(guī)中選擇了一個(gè)基準(zhǔn)球。此外，本發(fā)明的發(fā)明者們從作為誤差測(cè)量原理的許多原理中選擇了如下原理只要工作臺(tái)的實(shí)際的移動(dòng)方向相對(duì)測(cè)量軸是正確的所希望的角度，同一基準(zhǔn)球上的多個(gè)不同的移動(dòng)軸方向位置中的各峰值點(diǎn)，在相對(duì)測(cè)量軸正確地所成的希望的角度的理想直線上應(yīng)該正確地一致。
而且，在本發(fā)明中，通過(guò)上述那樣的校正用量規(guī)與誤差測(cè)量原理的有意義的組合，發(fā)現(xiàn)能夠在具有多個(gè)軸的機(jī)械設(shè)備中謀求軸間角度校正的更高精度化及簡(jiǎn)易化，以完成本發(fā)明。
即，為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的軸間角度校正方法，是對(duì)配備了工作臺(tái)與傳感器的機(jī)械設(shè)備中的、針對(duì)上述傳感器的測(cè)量軸的、上述工作臺(tái)的移動(dòng)軸的角度誤差進(jìn)行校正的軸間角度校正方法，其特征在于，具備基準(zhǔn)球測(cè)量步驟、峰值檢測(cè)步驟、誤差信息取得步驟、校正用信息取得步驟、校正步驟。
此處，上述工作臺(tái)沿著移動(dòng)軸在基準(zhǔn)平面上直線移動(dòng)，該移動(dòng)軸在上述基準(zhǔn)平面上相對(duì)設(shè)置在上述基準(zhǔn)平面上的基準(zhǔn)直線成所希望的角度。
此外，上述傳感器是具有作為測(cè)量軸設(shè)置在上述基準(zhǔn)平面上的上述基準(zhǔn)直線，用于得到放置在上述工作臺(tái)上的物體上的測(cè)量軸方向位置信息用的傳感器。
上述基準(zhǔn)球測(cè)量步驟中，在放置在上述工作臺(tái)上的一個(gè)基準(zhǔn)球上的指定移動(dòng)軸方向位置上，上述傳感器在上述基準(zhǔn)球上的測(cè)量軸方向上掃描，取得上述基準(zhǔn)球的測(cè)量軸方向形狀信息。上述基準(zhǔn)球測(cè)量步驟中，通過(guò)直線移動(dòng)上述工作臺(tái)，在同一基準(zhǔn)球上的多個(gè)不同的指定移動(dòng)軸方向位置上，進(jìn)行這樣的基準(zhǔn)球的形狀信息的取得。
上述峰值檢測(cè)步驟中，基于在上述基準(zhǔn)球測(cè)量步驟中得到的基準(zhǔn)球的測(cè)量軸方向形狀信息，檢測(cè)出在上述基準(zhǔn)球上的指定移動(dòng)軸方向位置上測(cè)量軸方向形狀成為峰值的峰值點(diǎn)，從上述傳感器得到的測(cè)量軸方向位置信息。上述峰值檢測(cè)步驟中，對(duì)上述同一基準(zhǔn)球上的各指定移動(dòng)軸方向位置進(jìn)行這樣的峰值點(diǎn)的檢測(cè)。
上述誤差信息取得步驟中，基于在上述峰值檢測(cè)步驟中求出的各峰值點(diǎn)的位置信息，求出表示上述工作臺(tái)的實(shí)際移動(dòng)方向的實(shí)際直線。此外，上述誤差信息取得步驟中求出有關(guān)上述實(shí)際直線相對(duì)于表示上述工作臺(tái)的理想的移動(dòng)方向的理想直線的傾斜度的信息。
上述校正用信息取得步驟中求出校正用信息，該校正用信息用于校正在上述誤差信息取得步驟中求出的實(shí)際直線的傾斜引起的、與放置在上述工作臺(tái)上的物體上的上述測(cè)量軸方向位置相關(guān)的測(cè)量誤差。
上述校正步驟中，基于在上述校正用信息取得步驟中求出的校正用信息，校正從上述傳感器得到的測(cè)量軸方向位置信息。
這里所說(shuō)的基準(zhǔn)平面是指具有比軸間角度校正的要求精度更高精度的平面度的平面。
這里所說(shuō)的基準(zhǔn)直線是指具有比軸間角度校正的要求精度更高精度的直線度的直線。
這里所說(shuō)的基準(zhǔn)球是指具有比軸間角度校正的要求精度更高精度的半徑及真球度的高精度球。在本發(fā)明中，即使在基準(zhǔn)球中也特別希望在容易穩(wěn)定配置到工作臺(tái)這一點(diǎn)上極其優(yōu)秀的基準(zhǔn)半球。
并且，在本發(fā)明中，進(jìn)行具有相對(duì)上述測(cè)量軸成90度的上述移動(dòng)軸的上述工作臺(tái)的直角度校正。
上述基準(zhǔn)球測(cè)量步驟中，通過(guò)作為上述機(jī)械設(shè)備的形狀測(cè)量?jī)x的傳感器，在放置在上述工作臺(tái)上的一個(gè)基準(zhǔn)球上的指定移動(dòng)軸方向位置上，沿測(cè)量軸方向在該基準(zhǔn)球上掃描，取得測(cè)量軸方向形狀信息。上述基準(zhǔn)球測(cè)量步驟中，通過(guò)上述工作臺(tái)的直線移動(dòng)，改變同一基準(zhǔn)球上的指定移動(dòng)軸方向位置，進(jìn)行這樣的形狀信息的取得。即，上述基準(zhǔn)球測(cè)量步驟中，通過(guò)上述工作臺(tái)的直線移動(dòng)，對(duì)同一基準(zhǔn)球上的多個(gè)不同的指定移動(dòng)軸方向位置，進(jìn)行這樣的形狀信息的取得。
上述誤差信息取得步驟中，求出有關(guān)上述實(shí)際直線相對(duì)于與上述測(cè)量軸成為90度的理想直線的傾斜度的信息。
上述校正步驟中，適合于基于在上述校正用信息取得步驟中求出的校正用信息，校正從上述傳感器得到的測(cè)量軸方向位置信息，進(jìn)行上述工作臺(tái)的直角度校正。
在本發(fā)明中，上述校正用信息取得步驟中，基于在上述誤差信息取得步驟中求出的實(shí)際直線的傾斜度信息及各峰值點(diǎn)的位置信息，求出用于得到校正后的測(cè)量軸方向位置信息的數(shù)學(xué)公式信息(校正后的測(cè)量軸方向位置信息＝從上述傳感器得到的測(cè)量軸方向位置信息-上述實(shí)際直線的傾斜信息*移動(dòng)軸方向位置信息+基于上述各峰值點(diǎn)的位置信息決定的常數(shù)信息)。
上述校正步驟適合于將從上述傳感器得到的測(cè)量軸方向位置信息及上述移動(dòng)軸方向位置信息代入到在上述校正用信息取得步驟中求出的數(shù)學(xué)公式信息中，校正從上述傳感器得到的測(cè)量軸方向位置信息。
按照本發(fā)明的軸間角度校正方法，基于上述誤差測(cè)量原理，組合上述基準(zhǔn)球測(cè)量步驟、上述峰值檢測(cè)步驟、上述校正用信息取得步驟，所以，能夠更高精度及容易地進(jìn)行具有多個(gè)軸的機(jī)械設(shè)備中的軸間角度校正。


圖1A是用于進(jìn)行本發(fā)明一實(shí)施方式的軸間角度校正方法的軸間角度校正裝置的概略結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。圖1B是上述軸間角度校正裝置的概略結(jié)構(gòu)的俯視圖。圖1C是上述軸間角度校正裝置的概略結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖2是本實(shí)施方式的基準(zhǔn)球測(cè)量步驟的說(shuō)明圖。
圖3A是在圖2所示的基準(zhǔn)球測(cè)量步驟中得到的形狀信息及峰值檢測(cè)步驟的說(shuō)明圖(Y＝Y(jié)1)。圖3B是在圖2所示的基準(zhǔn)球測(cè)量步驟中得到的形狀信息及峰值檢測(cè)步驟的說(shuō)明圖(Y＝Y(jié)2)。圖3C是在圖2所示的基準(zhǔn)球測(cè)量步驟中得到的形狀信息及峰值檢測(cè)步驟的說(shuō)明圖(Y＝Y(jié)3)。
圖4是工作臺(tái)的直角度的說(shuō)明圖。
具體實(shí)施例方式
以下，根據(jù)

本發(fā)明優(yōu)選的一實(shí)施方式。
圖1表示用于進(jìn)行本發(fā)明一實(shí)施方式的軸間角度校正方法的軸間角度校正裝置的概略結(jié)構(gòu)。并且，圖1A是從側(cè)面觀察裝置的圖，圖1B是從上方觀察裝置的圖，圖1C是裝置的方框圖。
該圖所示的軸間角度校正裝置10，在配備了Y軸工作臺(tái)(工作臺(tái))12與傳感器14的輪廓形狀測(cè)量?jī)x(機(jī)械設(shè)備，形狀測(cè)量?jī)x)16中，進(jìn)行Y軸工作臺(tái)12的直角度校正。
Y軸工作臺(tái)12例如沿著移動(dòng)軸22在石定盤(rock top plate)18上直線移動(dòng)，該移動(dòng)軸22在與石定盤18平行的基準(zhǔn)XY面上相對(duì)與石定盤18平行的基準(zhǔn)XY面(基準(zhǔn)平面)上設(shè)置的測(cè)量軸(基準(zhǔn)直線)20成90度(所希望的角度)。
傳感器14具有將設(shè)置在與石定盤18平行的基準(zhǔn)XY平面上的基準(zhǔn)直線作為測(cè)量軸20，將Z坐標(biāo)信息對(duì)應(yīng)的X坐標(biāo)信息(測(cè)量軸方向位置信息)與放置在Y軸工作臺(tái)12上的物體上的點(diǎn)的Z坐標(biāo)信息一起輸出。
本實(shí)施方式的特征在于，軸間角度校正裝置10配備基準(zhǔn)球測(cè)量單元24、峰值檢測(cè)單元26、誤差信息取得單元28、校正用信息取得單元30、校正單元32。
在這里，基準(zhǔn)球測(cè)量單元24例如包含測(cè)量?jī)x主機(jī)34、基準(zhǔn)半球(基準(zhǔn)球)36、包含用于進(jìn)行測(cè)量?jī)x主機(jī)34的測(cè)量控制的軟件等的計(jì)算機(jī)38，進(jìn)行基準(zhǔn)球測(cè)量步驟(S10)。
即，基準(zhǔn)球測(cè)量單元24，在放置在Y軸工作臺(tái)12上的一個(gè)基準(zhǔn)半球36上的指定Y坐標(biāo)(移動(dòng)軸方向位置)，通過(guò)傳感器14沿著測(cè)量軸(X軸)20在基準(zhǔn)半球36上掃描，取得XZ剖面輪廓形狀信息(形狀信息)?；鶞?zhǔn)球測(cè)量單元24，對(duì)通過(guò)使Y軸工作臺(tái)12在移動(dòng)軸22方向上直線移動(dòng)而改變(得到)的同一基準(zhǔn)半球36上的多個(gè)不同的指定Y坐標(biāo)，進(jìn)行這樣的傳感器14的XZ剖面輪廓形狀信息的取得。
此外，峰值檢測(cè)單元26包含例如包括進(jìn)行校正計(jì)算的軟件等的計(jì)算機(jī)38等，進(jìn)行峰值檢測(cè)步驟(S12)。
即，峰值檢測(cè)單元26，基于在基準(zhǔn)球測(cè)量單元24中得到的XZ剖面輪廓形狀信息，求出在基準(zhǔn)半球36上的指定Y坐標(biāo)的XZ剖面輪廓形狀的Z坐標(biāo)成為峰值的峰值點(diǎn)。峰值檢測(cè)單元26從存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元等中的數(shù)據(jù)中，檢測(cè)(檢索)在上述峰值點(diǎn)的借助傳感器14得到的X坐標(biāo)信息。峰值檢測(cè)單元26對(duì)同一基準(zhǔn)半球36上的各指定Y坐標(biāo)進(jìn)行上述峰值點(diǎn)的檢測(cè)。
誤差信息取得單元28包含例如包括進(jìn)行校正計(jì)算的軟件等的計(jì)算機(jī)38等，進(jìn)行誤差信息取得步驟(S14)。
即，誤差信息取得單元28，基于在峰值檢測(cè)單元26中求出的各峰值點(diǎn)的X坐標(biāo)信息及Y坐標(biāo)信息，求出表示Y軸工作臺(tái)12的實(shí)際的移動(dòng)方向的實(shí)際直線。誤差信息取得單元28求出有關(guān)上述實(shí)際直線相對(duì)于表示Y軸工作臺(tái)12的理想移動(dòng)方向的理想直線的傾斜度θ相關(guān)的信息。
校正用信息取得單元30包含例如包括進(jìn)行校正計(jì)算的軟件等的計(jì)算機(jī)38等，進(jìn)行校正用信息取得步驟(S16)。
即，校正用信息取得單元30求出校正用信息，該校正用信息用于校正在誤差信息取得單元28中求出的實(shí)際直線的傾斜度θ引起的、與放置在Y軸工作臺(tái)12中的物體上的點(diǎn)的X坐標(biāo)相關(guān)的測(cè)量誤差。校正用信息取得單元30將校正用信息預(yù)先存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)38的存儲(chǔ)器40中。
而且，對(duì)在通過(guò)工件測(cè)量單元42的工件測(cè)量步驟(S18)中得到的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行后述的校正步驟(S20)。
工件測(cè)量單元42使用工件44代替基準(zhǔn)半球36，包含與上述基準(zhǔn)球測(cè)量單元24基本同樣的結(jié)構(gòu)，例如包含測(cè)量?jī)x主機(jī)34、包含用于進(jìn)行測(cè)量?jī)x主機(jī)34的測(cè)量控制的軟件等的計(jì)算機(jī)38，進(jìn)行工件測(cè)量步驟(S18)。
即，在工件測(cè)量步驟(S18)中，代替基準(zhǔn)半球36將工件44放置在Y軸工作臺(tái)12上，通過(guò)工件測(cè)量單元42進(jìn)行工件44的形狀測(cè)量。
校正單元32包含例如包含進(jìn)行校正計(jì)算的軟件等的計(jì)算機(jī)38等，進(jìn)行校正步驟(S20)。
即，校正單元32基于存儲(chǔ)器40的校正用信息(在校正用信息取得單元26中求出的校正用信息)，校正在工件測(cè)量步驟(S18)中測(cè)量工件44的形狀得到的借助傳感器14的X坐標(biāo)信息。
這樣，本實(shí)施方式的軸間角度校正裝置10，能夠校正起因于輪廓形狀測(cè)量?jī)x16的Y軸工作臺(tái)12的直角度的與工件44上的點(diǎn)的X坐標(biāo)信息相關(guān)的測(cè)量誤差。
因此，在本實(shí)施方式中，無(wú)論輪廓形狀測(cè)量?jī)x16的直角度如何，也能夠得到可靠性更高的X坐標(biāo)信息及Y坐標(biāo)信息。形狀計(jì)算單元46，通過(guò)使用在校正步驟(S20)中得到的坐標(biāo)信息進(jìn)行形狀計(jì)算步驟(S22)，能夠求出可靠性更高的工件44的形狀信息。
并且，在本實(shí)施方式中，可通過(guò)設(shè)置在Y軸工作臺(tái)12的移動(dòng)軸22上的Y軸傳感器50求出放置在Y軸工作臺(tái)12上的物體上的點(diǎn)的Y坐標(biāo)信息。
此外，在本實(shí)施方式中，傳感器14通過(guò)柱52設(shè)置在石定盤18上。傳感器14包含探針54。傳感器14的X軸方向的運(yùn)動(dòng)精度、Z軸方向的運(yùn)動(dòng)精度，與直角度的要求精度相比較使用更高的精度。
以下，對(duì)本實(shí)施方式的軸間角度校正方法進(jìn)行更具體的說(shuō)明。
在輪廓形狀測(cè)量?jī)x中，基于多個(gè)二維形狀信息求出工件的三維形狀信息，為了取得這些二維形狀信息，設(shè)置Y軸工作臺(tái)。
即，停止Y軸工作臺(tái)12，使得探針的位置成為工件上的指定Y坐標(biāo)。通過(guò)形狀測(cè)量?jī)x的傳感器，一邊在X軸方向上掃描放置在Y軸工作臺(tái)上的工件，一邊與X坐標(biāo)信息一起取得工件上的Z坐標(biāo)信息。通過(guò)直線移動(dòng)Y軸工作臺(tái)，改變工件上的Y坐標(biāo)，進(jìn)行這樣取得的Z坐標(biāo)信息及X坐標(biāo)信息構(gòu)成的XZ剖面輪廓形狀信息的取得。而且，對(duì)同一工件上的多個(gè)不同的Y坐標(biāo)，進(jìn)行XZ剖面輪廓形狀信息的取得。
通過(guò)將這樣得到的在各Y坐標(biāo)的XZ剖面輪廓形狀信息分別與X坐標(biāo)配合結(jié)合，求出工件的三維形狀信息。
在這里，當(dāng)Y軸工作臺(tái)的直角度即工作臺(tái)相對(duì)測(cè)量軸的實(shí)際的移動(dòng)方向從理想的移動(dòng)方向偏離時(shí)，即使探針位于工件上的同一點(diǎn)，因Y坐標(biāo)不同，從傳感器得到的X坐標(biāo)信息也不同。這種情況下，由于有不能夠正確地得到各XZ剖面輪廓形狀信息的X坐標(biāo)及Y坐標(biāo)的關(guān)系的情況，因而不能求出高精度的三維形狀信息。
因此，在形狀測(cè)量?jī)x中，基于多個(gè)XZ剖面輪廓形狀信息，為了求出一個(gè)三維形狀信息，正確地求出各XZ剖面輪廓形狀信息間的X坐標(biāo)及Y坐標(biāo)的關(guān)系是非常重要的。
因此，在本實(shí)施方式中，無(wú)論Y軸工作臺(tái)的直角度如何，為了得到正確的X坐標(biāo)信息，通過(guò)形狀測(cè)量?jī)x測(cè)量一個(gè)基準(zhǔn)半球，基于該測(cè)量結(jié)果求出Y軸工作臺(tái)的直角度，進(jìn)而，取得用于校正因Y軸工作臺(tái)的直角度引起的測(cè)量誤差的校正用信息。
(基準(zhǔn)球測(cè)量)在本實(shí)施方式中，如圖2所示那樣，使基準(zhǔn)半球36的對(duì)開(kāi)面與Y軸工作臺(tái)12的載置面對(duì)置，將基準(zhǔn)半球36放置在Y軸工作臺(tái)12上。而且，用輪廓形狀測(cè)量?jī)x16進(jìn)行基準(zhǔn)半球36的形狀測(cè)量。
即，在本實(shí)施方式中，如圖3(A)所示那樣，在基準(zhǔn)半球36上的指定Y坐標(biāo)Y1(Y＝80)，當(dāng)使探針54在X軸方向移動(dòng)時(shí)，探針54沿基準(zhǔn)半球36的輪廓形狀上下運(yùn)動(dòng)。用傳感器14將該上下運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，就能夠得到指定Y坐標(biāo)Y1(Y＝80)的XZ剖面輪廓形狀信息60，即與Z坐標(biāo)信息一起得到X坐標(biāo)信息。
接著，移動(dòng)Y軸工作臺(tái)，與圖3(A)所示那樣的指定Y坐標(biāo)Y1的形狀信息的取得相同，進(jìn)行圖3(B)所示那樣的指定Y坐標(biāo)Y2(Y＝100)的XZ剖面輪廓形狀信息62的取得。
而且，移動(dòng)Y軸工作臺(tái)，與圖3(A)所示那樣的指定Y坐標(biāo)Y1中的形狀信息的取得相同，進(jìn)行圖3(C)所示那樣的指定Y坐標(biāo)Y3(Y＝120)的XZ剖面輪廓形狀信息64的取得。
(峰值檢測(cè))上述峰值檢測(cè)步驟中，基于XZ剖面輪廓形狀信息60的峰值點(diǎn)P1，在基準(zhǔn)半球36上的指定Y坐標(biāo)Y1(Y＝80)上，求出基準(zhǔn)半球36上的點(diǎn)的Z坐標(biāo)成為最大(峰值)的峰值點(diǎn)P1。而且，峰值檢測(cè)步驟檢測(cè)(檢索)與該峰值點(diǎn)P1對(duì)應(yīng)的借助傳感器14得到的X坐標(biāo)信息X1。
同樣地，峰值檢測(cè)步驟中，基于XZ剖面輪廓形狀信息62的峰值點(diǎn)P2，在基準(zhǔn)半球36上的指定Y坐標(biāo)Y2(Y＝100)上，求出基準(zhǔn)半球36上的點(diǎn)的Z坐標(biāo)成為最大的峰值點(diǎn)P2。而且，峰值檢測(cè)步驟檢測(cè)與峰值點(diǎn)P2對(duì)應(yīng)的借助傳感器14得到的X坐標(biāo)信息X2。
此外，上述峰值檢測(cè)步驟中，基于XZ剖面輪廓形狀信息64的峰值點(diǎn)P3，在基準(zhǔn)半球36上的指定Y坐標(biāo)Y3(Y＝120)上，求出基準(zhǔn)半球36上的點(diǎn)的Z坐標(biāo)成為最大的峰值點(diǎn)P3。而且，峰值檢測(cè)步驟中，檢測(cè)與峰值點(diǎn)P3對(duì)應(yīng)的借助傳感器14得到的X坐標(biāo)信息X3。
在這里，根據(jù)本實(shí)施方式的原理，如果Y軸工作臺(tái)12相對(duì)測(cè)量軸(X軸)20的實(shí)際的移動(dòng)方向是正確地為90度，則峰值點(diǎn)P1(X1、Y1)、峰值點(diǎn)P2(X2、Y2)、峰值點(diǎn)P3(X3、Y3)，在相對(duì)測(cè)量軸(X軸)20正確地成為90度的理想直線上應(yīng)該正確地一致。
但是，實(shí)際上，由于因?yàn)閅軸工作臺(tái)12的直角度各峰值點(diǎn)P1、P2、P3產(chǎn)生偏離，所以，基于各峰值點(diǎn)P1、P2、P3的X坐標(biāo)信息及Y坐標(biāo)信息，校正借助傳感器14得到的X坐標(biāo)信息。
(誤差信息取得)為此，在本實(shí)施方式中，誤差信息取得步驟中，基于在峰值檢測(cè)步驟中求出的峰值點(diǎn)P1的X坐標(biāo)信息X1及Y坐標(biāo)信息Y1、峰值點(diǎn)P2的X坐標(biāo)信息X2及Y坐標(biāo)信息Y2、以及峰值點(diǎn)P3的X坐標(biāo)信息X3及Y坐標(biāo)信息Y3，求出表示Y軸工作臺(tái)的實(shí)際的移動(dòng)方向的實(shí)際直線。例如，對(duì)三個(gè)峰值點(diǎn)P1、P2、P3的坐標(biāo)信息，應(yīng)用最小二乘法，例如，決定圖4所示那樣的實(shí)際直線70。
誤差信息取得步驟中，求出有關(guān)實(shí)際直線70相對(duì)于表示相對(duì)測(cè)量軸20成90度的理想的移動(dòng)方向的理想直線72的傾斜度θ相關(guān)的信息。
(校正用信息取得)而且，校正用信息取得步驟中，基于在誤差信息取得步驟中求出的實(shí)際直線70的傾斜度信息θ以及各峰值點(diǎn)的X坐標(biāo)信息及Y坐標(biāo)信息，求出用于得到校正后的X坐標(biāo)信息的數(shù)學(xué)公式信息。以下表示數(shù)學(xué)公式信息。
校正后的X坐標(biāo)信息＝從傳感器14得到的X坐標(biāo)信息-實(shí)際直線70的傾斜度信息*從Y軸傳感器50得到的Y坐標(biāo)信息+基于各峰值點(diǎn)P1、P2、P3的坐標(biāo)信息決定的常數(shù)信息參照?qǐng)D4，說(shuō)明上述步驟。
在該圖中，設(shè)在峰值檢測(cè)步驟中求出的基準(zhǔn)半球的峰值點(diǎn)P1、P2、P3的X坐標(biāo)信息與Y坐標(biāo)信息為以下的值。
Y80.0(Y1)、100.0(Y2)、120.0(Y3)X92.5(X1)、100.0(X2)、107.5(X3)而且，在校正用信息取得步驟中，例如以X＝100的峰值點(diǎn)P2(X2、Y2)為基準(zhǔn)，求出以下的數(shù)學(xué)公式信息。
校正后的X軸坐標(biāo)信息＝從傳感器14得到的X坐標(biāo)信息-(107.5-92.5)/(120.0-80.0)*從Y軸傳感器50得到的Y坐標(biāo)信息+常數(shù)＝從傳感器14得到的X坐標(biāo)信息-0.375*從Y軸傳感器50得到的Y坐標(biāo)信息+37.5在上述數(shù)學(xué)公式中，(107.5-92.5)/(120.0-80.0)是Y軸工作臺(tái)12的實(shí)際的移動(dòng)方向(＝實(shí)際直線70的傾斜度θ)(校正)上述校正步驟中，將在上述工件測(cè)量步驟中得到的借助傳感器14的校正前的X坐標(biāo)信息及借助Y軸傳感器50的校正前的Y坐標(biāo)信息代入上述數(shù)學(xué)公式信息，校正借助上述傳感器14得到的X坐標(biāo)信息，求出校正后的X坐標(biāo)信息。
(形狀計(jì)算)在本實(shí)施方式中，由于基于這樣求出的校正后的X坐標(biāo)信息，求出在工件的各Y坐標(biāo)的XZ剖面輪廓形狀信息，所以，在工件的各Y坐標(biāo)的XZ剖面輪廓形狀信息間，能夠大幅度降低在(X、Y)平面上的位置信息的誤差。
在本實(shí)施方式中，從上述的在工件的各Y坐標(biāo)的XZ剖面輪廓形狀信息，求出可靠性更高的工件的三維形狀信息。
即使在現(xiàn)有的方式中，雖然是與標(biāo)度誤差、直線度一起進(jìn)行直角度的評(píng)價(jià)，但也進(jìn)行直角度的自身評(píng)價(jià)。但是，在現(xiàn)有方式中，使用多個(gè)基準(zhǔn)球二維排列的校正用量規(guī)。在現(xiàn)有方式中，為了去除校正用量規(guī)自身具有的誤差的影響或者校正用量規(guī)向裝置配置的誤差的影響，需要使用反轉(zhuǎn)法。
但是，在使用了現(xiàn)有方式的方法中，需要用人手進(jìn)行校正用量規(guī)的反轉(zhuǎn)，此外，在校正用量規(guī)的反轉(zhuǎn)前后，需要進(jìn)行例如校正用量規(guī)向裝置的配置、多個(gè)球測(cè)量、計(jì)算等的作業(yè)。因此，在使用了現(xiàn)有方式的方法中，作業(yè)復(fù)雜而且麻煩。
此外，在現(xiàn)有方式中，即在反轉(zhuǎn)法中，雖然在校正用量規(guī)的反轉(zhuǎn)前后的作業(yè)麻煩、復(fù)雜，但是能夠滿意地消除校正用量規(guī)自身具有的誤差的影響或者校正用量規(guī)向裝置的配置的誤差是困難的。
與此相對(duì)，在本實(shí)施方式中，著眼于僅在直角度中特殊化、作為校正用量規(guī)的一個(gè)基準(zhǔn)球的精度自身，比現(xiàn)有方式的精度即將多個(gè)基準(zhǔn)球二維排列時(shí)的精度、上述校正用量規(guī)向裝置配置時(shí)的精度高這一點(diǎn)上。此外，在本實(shí)施方式中，著眼于如果Y軸工作臺(tái)移動(dòng)軸相對(duì)測(cè)量軸是正確地為90度，在同一基準(zhǔn)球上的不同的Y坐標(biāo)的峰值點(diǎn)，在理想直線上正確地一致的原理。
這樣，在本實(shí)施方式中，由于使用一個(gè)高精度球作為校正用量規(guī)，所以，與現(xiàn)有方式相比，即與在校正用量規(guī)中二維排列多個(gè)基準(zhǔn)球時(shí)的誤差乃至將校正用量規(guī)配置在裝置中時(shí)的誤差的影響相比，能夠大幅度地降低校正用量規(guī)自身具有的誤差的影響、由方向性引起的影響，降低到可忽視的程度。由此，在本實(shí)施方式中，不使用現(xiàn)有技術(shù)的反轉(zhuǎn)法，可通過(guò)簡(jiǎn)單的誤差測(cè)量、校正計(jì)算等可只高精度地及容易地測(cè)量Y軸工作臺(tái)的直角度信息。
此外，在本實(shí)施方式中，由于能夠大幅度地省略校正用量規(guī)的反轉(zhuǎn)、在其反轉(zhuǎn)前后的各種作業(yè)，所以，Y軸工作臺(tái)的直角度校正變得容易。特別是，在現(xiàn)有方式中，由于需要通過(guò)人手進(jìn)行校正用量規(guī)的反轉(zhuǎn)等作業(yè)，因而通過(guò)計(jì)算機(jī)的直角度測(cè)量的完全自動(dòng)化很困難。與此相對(duì)，在本實(shí)施方式中，例如，由于Y軸工作臺(tái)向各指定Y坐標(biāo)的移動(dòng)等也通過(guò)計(jì)算機(jī)控制進(jìn)行，因而能夠完全自動(dòng)化地進(jìn)行直角度測(cè)量。因此，在本實(shí)施方式中，與現(xiàn)有方式相比，能夠更容易地進(jìn)行直角度校正。
并且，在上述各結(jié)構(gòu)中，作為求出峰值點(diǎn)的位置，對(duì)使用了同一基準(zhǔn)球上的Y坐標(biāo)不同的三個(gè)位置的例子進(jìn)行了說(shuō)明，但是，除此之外，只要是在同一基準(zhǔn)球上移動(dòng)軸方向位置不同，也可以使用二個(gè)位置、四個(gè)或更多位置。在峰值點(diǎn)為二個(gè)位置的情況下，例如，能夠決定通過(guò)二個(gè)位置的峰值點(diǎn)的實(shí)際直線。在峰值點(diǎn)為三個(gè)位置或以上的情況下，例如能夠用最小二乘法決定實(shí)際直線。
在上述結(jié)構(gòu)中，對(duì)使用了一個(gè)基準(zhǔn)球的例子進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明不是僅限于這種情況，也能夠使用多個(gè)基準(zhǔn)球。例如，在工作臺(tái)上排列多個(gè)基準(zhǔn)球，按每個(gè)基準(zhǔn)球從峰值求出在該位置的直角度，也能夠在跨越Y(jié)軸工作臺(tái)全行程中校正直角度。
在上述結(jié)構(gòu)中，作為基準(zhǔn)球能夠使用完全球狀的基準(zhǔn)球或者部分地包含球狀部分的基準(zhǔn)球，但是，特別優(yōu)選使用配置到工作臺(tái)上的容易性優(yōu)秀的半球狀的基準(zhǔn)球。
在上述結(jié)構(gòu)中，就進(jìn)行工作臺(tái)的直角度校正的例子進(jìn)行了說(shuō)明，但本發(fā)明不是僅限于這種情況，能夠應(yīng)用于具有多個(gè)軸的機(jī)械設(shè)備(測(cè)量?jī)x、加工儀)中的軸間角度的校正。
在上述結(jié)構(gòu)中，就校正工作臺(tái)的XY間的直角度的例子進(jìn)行了說(shuō)明，但是，與XY間的直角度的校正相同，也能夠進(jìn)行YZ間的直角度的校正、ZX間的直角度的校正。
權(quán)利要求
1.一種軸間角度校正方法，其特征在于，具有基準(zhǔn)球測(cè)量步驟，通過(guò)機(jī)械設(shè)備的傳感器，在放置在上述機(jī)械設(shè)備的工作臺(tái)上的一個(gè)基準(zhǔn)球上的指定移動(dòng)軸方向位置上，沿測(cè)量軸方向在上述基準(zhǔn)球上進(jìn)行掃描取得測(cè)定軸方向形狀信息，在通過(guò)上述工作臺(tái)的直線移動(dòng)得到的、同一基準(zhǔn)球上的多個(gè)不同的指定移動(dòng)軸方向位置進(jìn)行該信息的取得，該機(jī)械設(shè)備具備工作臺(tái)，沿著在基準(zhǔn)平面上相對(duì)設(shè)置在上述基準(zhǔn)平面上的基準(zhǔn)直線成所希望的角度的移動(dòng)軸在上述基準(zhǔn)平面上直線移動(dòng)；以及，傳感器，用于得到放置在上述工作臺(tái)上的物體上的測(cè)量軸方向位置信息，具有設(shè)置在上述基準(zhǔn)平面上的上述基準(zhǔn)直線作為測(cè)量軸；峰值檢測(cè)步驟，檢測(cè)在上述基準(zhǔn)球測(cè)量步驟中得到的測(cè)量軸方向形狀信息的峰值點(diǎn)，對(duì)在上述基準(zhǔn)球測(cè)量步驟中得到的各測(cè)量軸方向形狀信息進(jìn)行該檢測(cè)；誤差信息取得步驟，基于在上述峰值檢測(cè)步驟中求出的各峰值點(diǎn)的位置信息，求出表示上述工作臺(tái)的實(shí)際的移動(dòng)方向的實(shí)際直線，求出表示關(guān)于上述實(shí)際直線相對(duì)于理想直線的傾斜度，該理想直線表示上述工作臺(tái)的理想的移動(dòng)方向；校正用信息取得步驟，求出校正用信息，該校正用信息用于校正上述誤差信息取得步驟中求出的實(shí)際直線的傾斜度引起的、與上述測(cè)量軸方向位置相關(guān)的測(cè)量誤差；校正步驟，基于在上述校正用信息取得步驟中求出的校正用信息，校正從上述傳感器得到的測(cè)量軸方向位置信息，校正上述機(jī)械設(shè)備具有的上述測(cè)量軸與上述移動(dòng)軸所成的角度的誤差。
2.如權(quán)利要求1所述的軸間角度校正方法，其特征在于，上述基準(zhǔn)球測(cè)量步驟中，通過(guò)作為上述機(jī)械設(shè)備的形狀測(cè)量?jī)x的上述傳感器，在放置在上述工作臺(tái)上的一個(gè)基準(zhǔn)球上的指定移動(dòng)軸方向位置上，沿測(cè)量軸方向在上述基準(zhǔn)球上掃描，取得測(cè)量軸方向形狀信息，在通過(guò)上述工作臺(tái)的直線移動(dòng)得到的同一基準(zhǔn)球上的多個(gè)不同的指定移動(dòng)軸方向位置上進(jìn)行該測(cè)量，上述誤差信息取得步驟中，求出關(guān)于上述實(shí)際直線自相對(duì)上述測(cè)定軸為90度的理想直線的傾斜度的信息，上述校正步驟中，基于在上述校正用信息取得步驟中求出的校正用信息，校正從上述傳感器得到的測(cè)量軸方向位置信息，進(jìn)行上述工作臺(tái)的直角度校正。
3.如權(quán)利要求2所述的軸間角度校正方法，其特征在于，上述校正用信息取得步驟中，基于在上述誤差信息取得步驟中求出的實(shí)際直線的傾斜度信息及上述各峰值點(diǎn)的位置信息，求出用于得到校正后的測(cè)量軸方向位置信息的數(shù)學(xué)公式信息，即，校正后的測(cè)量軸方向位置信息＝自上述傳感器得到的測(cè)量軸方向位置信息-上述實(shí)際直線的傾斜度信息*移動(dòng)軸方向位置信息+基于上述各峰值點(diǎn)的位置信息決定的常數(shù)信息，上述校正步驟中，將從上述傳感器得到的測(cè)量軸方向位置信息及上述移動(dòng)軸方向位置信息代入到在上述校正用信息取得步驟中求出的數(shù)學(xué)公式信息，校正從上述傳感器得到的測(cè)量軸方向位置信息。
全文摘要
一種軸間角度校正方法具備基準(zhǔn)球測(cè)量步驟，通過(guò)機(jī)械的傳感器，在放置在工作臺(tái)的一個(gè)基準(zhǔn)球的指定移動(dòng)軸方向位置，沿測(cè)量軸方向在基準(zhǔn)球上掃描取得測(cè)量軸方向形狀信息，在工作臺(tái)的直線移動(dòng)得到的同一基準(zhǔn)球的多個(gè)不同指定移動(dòng)軸方向位置進(jìn)行該取得；峰值檢測(cè)步驟，檢測(cè)上述形狀信息的峰值點(diǎn)，對(duì)上述各形狀信息進(jìn)行該檢測(cè)；誤差信息取得步驟，求出關(guān)于表示基于各峰值點(diǎn)的位置信息的工作臺(tái)實(shí)際移動(dòng)方向的實(shí)際直線與表示工作臺(tái)理想移動(dòng)方向的理想直線間的傾斜度的信息；校正用信息取得步驟，求出校正實(shí)際直線傾斜引起的測(cè)量軸方向位置信息的測(cè)量誤差的校正用信息；校正步驟，基于校正用信息校正傳感器得到的測(cè)量軸方向位置信息。
文檔編號(hào)G01B5/00GK1834575SQ200610067700
公開(kāi)日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2006年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月17日
發(fā)明者石戶谷孝雄, 竹村文宏 申請(qǐng)人:株式會(huì)社三豐