專利名稱：三維坐標(biāo)測量儀用量器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于三維坐標(biāo)測量儀的性能評估的量器，尤其是涉及使用將數(shù)個球體固定于具有圓筒狀或圓錐狀表面的支撐體上的量器、能夠迅速且簡便地同時對三維坐標(biāo)測量儀進(jìn)行校正、求出其直線度及垂直度的三維坐標(biāo)測量儀用量器。
背景技術(shù)：
三維坐標(biāo)測量儀(coordinate measuring machine也稱為CMM)是利用存在于三維空間的離散的X、Y、Z的坐標(biāo)點借助于計算機(jī)的幫助來測量尺寸及形狀的測量儀，更具體地說，是使放置在標(biāo)準(zhǔn)底板上的被測量物和安裝在測量儀的Z軸前端上的測頭向X、Y、Z這三個方向相對移動，捕捉到測頭接觸到被測量物的瞬間，從該瞬間的電觸發(fā)讀出各移動軸方向的坐標(biāo)值，基于該坐標(biāo)值借助于計算機(jī)來進(jìn)行尺寸和形狀的計測。這樣的三維坐標(biāo)測量儀用于汽車用的發(fā)動機(jī)和變速器的外殼之類的機(jī)械零部件類的尺寸測量，使上述那樣的測頭的前端接觸到設(shè)置于測量臺上的被測量物來進(jìn)行測量。
一般來說，上述那樣的三維坐標(biāo)測量儀采用測頭可以在相互垂直的3個方向上移動的結(jié)構(gòu)，例如，在日本特開平2-306101號公報里所述的測量儀中，具有被測量物在所設(shè)定的測量臺的兩側(cè)沿水平方向的導(dǎo)軌導(dǎo)向而直線移動的門柱狀的第1移動體，在上述第1移動體上放置有能夠在與該移動方向垂直的水平方向移動的第2移動體。在該第2移動體上設(shè)有可沿上下方向移動的測桿，在該測桿的前端安裝有固定了球體的測頭，使測頭前端的球體接觸到在測量臺上設(shè)定好的被測量物的上面，同時使之沿三維方向移動來測量被測量物各部分的尺寸。
在這樣的三維坐標(biāo)測量儀中，當(dāng)測頭前端的球體磨損時就不能正確地檢測尺寸。另外，在三維坐標(biāo)測量儀所產(chǎn)生的測量誤差中還包含因?qū)y頭前端的移動進(jìn)行導(dǎo)向的導(dǎo)軌等的導(dǎo)向部件的彎曲和變形而產(chǎn)生的測頭前端的蛇行而導(dǎo)致的誤差、及相對于對測頭沿相互垂直的方向的移動進(jìn)行導(dǎo)向的2個導(dǎo)向部件間的直角的角度誤差等。
三維坐標(biāo)測量儀特別要求高精度，它在建立高品質(zhì)的生產(chǎn)方式上是一個重要的因素。從保證三維坐標(biāo)測量儀的高精度測量的意義來說，每次都檢查三維坐標(biāo)測量儀本身的精度，然后用該三維坐標(biāo)測量儀進(jìn)行測量之際，將精度檢查的結(jié)果用作校準(zhǔn)值來校正測量值，或以調(diào)整機(jī)構(gòu)對三維坐標(biāo)測量儀進(jìn)行微調(diào)。在三維坐標(biāo)測量儀的精度檢查之際，需要作為基準(zhǔn)的量器，作為該量器，必須做到通過使三維坐標(biāo)測量儀的測頭三維地移動而能夠評估該檢測值。
對眾多研究者來說如何來檢查三維坐標(biāo)測量儀的各軸的誤差是一個重大的課題。因此，雖提出了以求出三維坐標(biāo)測量儀的誤差為目的的量器的方案，但眾所周知的事實是它們都基本上是通過坐標(biāo)球體的測定來進(jìn)行的。并且，以何種方式配置坐標(biāo)球體、如何制作測量評估量器成為下一個問題；人們對將坐標(biāo)球體怎樣配置在同一平面內(nèi)，或如何立體地配置等，進(jìn)行了各種各樣的討論。
作為這樣的三維坐標(biāo)測量儀的測量評估用的量器，本發(fā)明的發(fā)明人等提出了如日本特開2001-330428號公報所示的三維坐標(biāo)測量儀的測量誤差評估方法及三維坐標(biāo)測量儀用量器的方案。這里所用的量器是如圖7A～圖7D所示的量器，該三維坐標(biāo)測量儀用量器31在頂視圖中具有等腰梯形的輪廓、由具有均勻厚度的塊狀的支撐體32、及在該支撐體32的兩側(cè)的傾斜的面上5個等間隔排列的數(shù)個球體33組成。支撐體32的各面精加工成高精度的平面，在其厚度方向上開有4個通孔34。
采用如上所述的三維坐標(biāo)測量儀用量器31，在進(jìn)行三維坐標(biāo)測量儀的校正評估之際，首先使測頭與1個坐標(biāo)球體S1的赤道上的4個點和極的一個點共計5個點接觸，從這些位置以幾何方法計算出球體的中心位置。同樣，測量同列上的另一端的球體S5和相反一側(cè)的列上同樣的2個球體S6、S10共4個地方的中心位置，決定包含這些球體的中心的假想基準(zhǔn)平面P。其次，將通過相對的列的相互相反一側(cè)端部的球體S1、S10的各自的中心的直線作為A軸(參照圖8)，將該A軸上的中間點、即A軸和基準(zhǔn)軸N的交點O作為原點，設(shè)定附加在三維坐標(biāo)測量儀用量器31上的坐標(biāo)系，即量器坐標(biāo)系。該量器坐標(biāo)系在假想基準(zhǔn)平面內(nèi)是以基準(zhǔn)軸的方向為X軸、以上述A軸的方向為Y軸的直角坐標(biāo)系中，由于與被設(shè)定在三維坐標(biāo)測量儀的機(jī)械軸方向上的機(jī)械坐標(biāo)系一一對應(yīng)，所以能夠以量器坐標(biāo)系來完全處理各球體中心的坐標(biāo)值。
在三維坐標(biāo)測量儀用量器31的設(shè)定位置的坐標(biāo)設(shè)定后，依次測量全部球體的中心位置，然后，沿反方向返回并同時測量上述球體的中心位置。對每個球體各進(jìn)行兩次球體中心位置的測量。隨后，將三維坐標(biāo)測量儀用量器31繞基準(zhǔn)軸N反轉(zhuǎn)180度并重新設(shè)定在安裝夾具上，以和上述相同的順序決定假想基準(zhǔn)平面和A軸，在三維坐標(biāo)測量儀用量器31上重新設(shè)定新的量器坐標(biāo)系。
其次，和上述同樣，依次對每個球體各測量2次全部球體的中心位置后，依次沿反方向返回的同時，同樣對全部球體的每個球體各進(jìn)行2次測量。
作為三維坐標(biāo)測量儀的測量誤差的評估，首先，從由全部球體的測量得到的球徑的測量結(jié)果和這些球體的球徑的真實值來進(jìn)行與球體的穩(wěn)定測量相關(guān)的誤差評估。其次，從將三維坐標(biāo)測量儀用量器31放在表面一側(cè)測到的測量值計算出球體間的X軸(基準(zhǔn)軸N)方向的中心間距離和Y軸(A軸)方向的中心間距離，與這些球體間距離的規(guī)定的真實值比較來進(jìn)行誤差評估。其次，從將三維坐標(biāo)測量儀用量器31反轉(zhuǎn)180度測得的測量值，從將三維坐標(biāo)測量儀用量器31放在表面一側(cè)測得的測量值計算出球體間沿A軸方向的中心距離ΔX’k-1和沿基準(zhǔn)軸N方向的中心距離ΔY’k-1，與這些球體間距離的真實值比較來進(jìn)行誤差評估。在這里，通過將三維坐標(biāo)測量儀用量器31設(shè)定在表面一側(cè)的場合和繞基準(zhǔn)軸N反轉(zhuǎn)180度設(shè)定的場合的兩個值平均來評估誤差，就提高了評估值的精度。
其次，進(jìn)行三維坐標(biāo)測量儀的機(jī)械軸的直線度的評估。首先，為了檢查機(jī)械軸沿X方向的直線度，將三維坐標(biāo)測量儀用量器31設(shè)定在表面一側(cè)時，從球體S1～S5這5個球體的坐標(biāo)值Yi和反轉(zhuǎn)設(shè)定時的相同球體的坐標(biāo)值Y’i求出δi＝(Yi-Y’i)/2。相互垂直的兩個方向的直線度以在該兩個方向分別垂直的兩組幾何學(xué)平行的平面夾住的直線方式時，以兩組平行的平面的各間隔為最小時的兩個平面的間隔，即，以兩組平行的平面區(qū)分開的長方體的兩個邊的長度來表示。另外，對S6～S10的5個球體也進(jìn)行同樣的計算并將兩者求平均值來進(jìn)行直線度的評估。
其次，進(jìn)行三維坐標(biāo)測量儀的2個機(jī)械軸間的垂直度的評估。如圖9所示，首先，為了進(jìn)行X方向和Y方向的垂直度的評估，求出在三維坐標(biāo)測量儀用量器31的表面一側(cè)的、利用最小平方法從5個球體的中心的坐標(biāo)值得到的、這些中心的回歸線R與坐標(biāo)軸X所成的角度θ。其次，從反轉(zhuǎn)三維坐標(biāo)測量儀用量器31時的這5個球體的中心的坐標(biāo)值，求出同樣用最小平方法得到的回歸線R’與坐標(biāo)軸X所成的角度θ’，通過(θ-θ’)/2來進(jìn)行三維坐標(biāo)測量儀的垂直度的評估。另外，從另一側(cè)的5個球體S6對S10也以同樣的順序進(jìn)行垂直度的評估，以兩次結(jié)果的平均來評估三維坐標(biāo)測量儀的X、Y兩軸間的垂直度。
上述操作是把三維坐標(biāo)測量儀用量器31如圖7A所示的姿勢設(shè)定在三維坐標(biāo)測量儀上進(jìn)行的，其它，如圖7B所示將三維坐標(biāo)測量儀用量器31在XY平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)90度的方向設(shè)定來進(jìn)行Y方向的機(jī)械軸的直線度的評估。另外，如圖7C所示通過豎立設(shè)定該三維坐標(biāo)測量儀用量器31可評估Z方向的機(jī)械軸對X方向的彎曲的直線度和Z方向與X方向2個機(jī)械軸之間的垂直度；如圖7D所示將三維坐標(biāo)測量儀用量器31設(shè)定在XY平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)90度的方向上，可評估Z方向的機(jī)械軸對Y方向的彎曲的直線度和Y方向與Z方向2個機(jī)械軸之間的垂直度。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明人等提出的如上所述的三維坐標(biāo)測量儀用量器和使用它的測定方法，雖然能夠同時并且高精度地獨立進(jìn)行刻度的校正作業(yè)和幾何偏差(形狀偏差、姿勢偏差)的三維坐標(biāo)測量儀的各機(jī)械軸的誤差評估，但是為了進(jìn)行高精度的校正、評估作業(yè)，如上所述，需要進(jìn)行下述一系列操作評估將該三維坐標(biāo)測量儀用量器以如圖7A所示的姿勢進(jìn)行上述各種測量，然后如圖7B所示將該量器設(shè)定在XY平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)90度的方向上進(jìn)行直線度的評估，再如圖7C所示豎立設(shè)定該三維坐標(biāo)測量儀用量器評估Z方向的機(jī)械軸對X方向的彎曲的直線度和Z方向與X方向2個機(jī)械軸之間的垂直度，另外，如圖7D所示通過將其設(shè)定在XY平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)90度的方向上評估Z方向的機(jī)械軸對Y方向的彎曲的直線度和Y方向與Z方向2個機(jī)械軸之間的垂直度。在這樣在先提出的量器中，在其使用之際由于需要進(jìn)行許多作業(yè)而很麻煩，需要很多的時間和勞力，因而希望有能夠更加有效地進(jìn)行作業(yè)的三維坐標(biāo)測量儀用量器。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種在進(jìn)行三維坐標(biāo)測量儀的校正、評估之際能夠迅速并且簡便地進(jìn)行該作業(yè)的三維坐標(biāo)測量儀用量器。
本發(fā)明第一方案的三維坐標(biāo)測量儀用量器，其特征在于，含有具有使直線狀的母線繞中心軸線旋轉(zhuǎn)而得到的旋轉(zhuǎn)體的外周面的支撐體，及安裝在上述支撐體的外周面上、由相對于上述支撐體的中心軸線配置在對稱位置的兩個坐標(biāo)球體組件組成的最少一組坐標(biāo)球體組件；上述坐標(biāo)球體組件的至少一組具有排列在直線上的數(shù)個坐標(biāo)球體。
在這里，別的坐標(biāo)球體組件最少具有一個坐標(biāo)球體。即，該坐標(biāo)球體組件的坐標(biāo)球體可以是1個，另外，也可以具有數(shù)個坐標(biāo)球體，但該場合數(shù)個球體必須配置在直線上。
再有，坐標(biāo)球體組件的各球體可以直接安裝在設(shè)在支撐體的外周面的坐標(biāo)球體組件的安裝部上，也可以如第六方案所述，通過坐標(biāo)球體固定部件安裝在坐標(biāo)球體組件安裝部。
另外，本發(fā)明第二方案的三維坐標(biāo)測量儀用量器是在第一方案中，其特征是使上述直線狀的母線繞中心軸線旋轉(zhuǎn)所得到的旋轉(zhuǎn)體為圓筒體。
另外，本發(fā)明第三方案的三維坐標(biāo)測量儀用量器是在第一方案中，其特征是使上述直線狀的母線繞中心軸線旋轉(zhuǎn)所得到的旋轉(zhuǎn)體為圓錐體。當(dāng)然，該圓錐體也包括圓錐臺。
本發(fā)明第四方案的三維坐標(biāo)測量儀用量器是在第一方案中，其特征是上述坐標(biāo)球體組件的數(shù)個坐標(biāo)球體排列在平行于上述支撐體的母線的直線上。
另外，本發(fā)明第五方案的三維坐標(biāo)測量儀用量器是在第一方案中，其特征在于上述坐標(biāo)球體組件的數(shù)個坐標(biāo)球體排列在與平行于上述支撐體的母線的直線交叉的直線上。
即，除了數(shù)個坐標(biāo)球體排列在以預(yù)定的角度與上述支撐體的母線平行的直線傾斜的直線上的情況之外，還包括排列在與上述支撐體的母線平行的直線垂直的直線上的情況。
另外，本發(fā)明第六方案的三維坐標(biāo)測量儀用量器是在第一方案中，其特征是上述坐標(biāo)球體組件通過坐標(biāo)球體固定部件可裝拆地安裝在設(shè)于上述支撐體的表面的坐標(biāo)球體組件安裝部上。
另外，本發(fā)明第七方案的三維坐標(biāo)測量儀用量器是在第六方案中，其特征是上述坐標(biāo)球體組件安裝部做成可插入上述坐標(biāo)球體固定部件的槽狀。
另外，本發(fā)明第八方案的三維坐標(biāo)測量儀用量器是在第六方案中，其特征是由磁性材料構(gòu)成上述支撐體的同時，在上述坐標(biāo)球體固定部件上安裝永磁體，將該坐標(biāo)球體固定部件可裝拆地安裝在上述支撐體上。
另外，本發(fā)明第九方案的三維坐標(biāo)測量儀用量器是在第一方案中，其特征是在上述支撐體上形成標(biāo)準(zhǔn)量器。該標(biāo)準(zhǔn)量器最好使用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)狀量器。
另外，本發(fā)明第十方案的三維坐標(biāo)測量儀用量器是在第一方案中，其特征是在上述支撐體的端面上設(shè)有用于豎立設(shè)置的突起。該用于豎立設(shè)置的突起最好是在支撐體的端面上設(shè)置3個。
本發(fā)明運用于產(chǎn)業(yè)上具有明顯的效果。
本發(fā)明的第一方案由于在具有使直線狀的母線繞中心軸線旋轉(zhuǎn)所得到的旋轉(zhuǎn)體的外周面的支撐體的外周表面上將數(shù)個球體排列在直線上的坐標(biāo)球體組件加以固定以構(gòu)成三維坐標(biāo)測量儀用量器，因而不必象原來的平板狀的三維坐標(biāo)測量儀用量器那樣，在進(jìn)行三維坐標(biāo)測量的校正作業(yè)等之際多次變更量器的姿勢來進(jìn)行測量作業(yè)，能夠迅速且簡單地進(jìn)行該作業(yè)。另外，若使用該量器來進(jìn)行利用各球體中心之間距離、由數(shù)個球體中心所形成的軸線和平面的測量，就能夠以一次測量同時進(jìn)行三維坐標(biāo)測儀的刻度的校正、直線度、垂直度這3個項目的評估。
再有，由于該三維坐標(biāo)測量儀用量器在具有旋轉(zhuǎn)體的外周面的支撐體的表面上安裝有坐標(biāo)球體組件，因而若將它橫置于如具有V形槽的V型座上，就可以以180度以外的任意角度旋轉(zhuǎn)，能夠進(jìn)行各種方式的三維坐標(biāo)測量儀的校正作業(yè)。
另外，本發(fā)明的第二方案是在上述第一方案所述的三維坐標(biāo)測量儀用量器中，由于把使直線狀的母線繞中心軸線旋轉(zhuǎn)所得到的旋轉(zhuǎn)體做成圓筒體，若把該圓筒狀量器橫向放置于如具有V形槽的V型座上就能夠更穩(wěn)定地固定，并且，在使圓筒狀量器旋轉(zhuǎn)并進(jìn)行測量之際，不僅能很容易地旋轉(zhuǎn)，而且旋轉(zhuǎn)軸線的偏差很小，從而能將測量誤差減最小限度。
另外，本發(fā)明的第三方案是在上述第一方案所述的三維坐標(biāo)測量儀用量器中，由于把使直線狀的母線繞中心軸線旋轉(zhuǎn)所得到的旋轉(zhuǎn)體做成圓錐體，若把該圓錐臺量器橫向放置于如具有V形槽的V型座上就能夠更穩(wěn)定地固定，并且，在使圓錐臺量器旋轉(zhuǎn)并進(jìn)行測量之際，不僅能很容易地旋轉(zhuǎn)，而且在固定放置于X-Y平面上的場合，由于X軸變化的同時Y軸也變化，從而能夠檢查數(shù)個Y軸刻度的誤差。
另外，若沿圓錐臺量器的母線固定設(shè)置各軸，就能夠根據(jù)圓錐角的大小求得平面內(nèi)對角線的直線度。
另外，本發(fā)明的第四方案是在上述第一方案所述的三維坐標(biāo)測量儀用量器中，由于坐標(biāo)球體組件的數(shù)個坐標(biāo)球體排列在平行于支撐體的母線的直線上，在使旋轉(zhuǎn)體的量器旋轉(zhuǎn)180度來測量坐標(biāo)球體的場合，由于相反一側(cè)的坐標(biāo)球體組件位于相同的位置，從而易于進(jìn)行測量操作，測量精度也能提高。
另外，本發(fā)明的第五方案是在上述本發(fā)明的第一方案所述的三維坐標(biāo)測量儀用量器中，由于坐標(biāo)球體組件的數(shù)個坐標(biāo)球體以預(yù)定的角度與平行于支撐體的母線的直線傾斜地安裝，在使旋轉(zhuǎn)體的量器旋轉(zhuǎn)180度來測量坐標(biāo)球體的場合，由于X軸變化的同時Y軸也變化，從而能夠檢查Y軸的數(shù)個刻度誤差。
另外，本發(fā)明的第六方案是在上述第一方案所述的三維坐標(biāo)測量儀用量器中，由于坐標(biāo)球體組件可裝拆地安裝在設(shè)于支撐體的外周面的坐標(biāo)球體組件安裝部上，所以能把支撐體和坐標(biāo)球體組件分拆開來運送和管理，從而能夠做成易于操作的量器的同時，在量器因長時間使用而產(chǎn)生磨損和破損時，可以僅更換一部分零部件就能夠修補(bǔ)。
另外，本發(fā)明的第七方案是在上述第六方案所述的三維坐標(biāo)測量儀用量器中，由于將坐標(biāo)球體組件安裝部做成能插入坐標(biāo)球體固定部件的槽狀，所以能將球體固定部件正確且容易地固定在支撐體上，另外還能將球體固定部件可裝拆地固定在支撐體上。
另外，本發(fā)明的第八方案是在上述第六方案所述的三維坐標(biāo)測量儀用量器中，由于在球體固定部件上設(shè)置永磁體，吸附并固定在磁性材料構(gòu)成的支撐體上，從而能使支撐體和球體分離，能容易地進(jìn)行輸送、管理及操作。
另外，本發(fā)明的第九方案是在上述第一方案所述的三維坐標(biāo)測量儀用量器中，由于在支撐體上形成標(biāo)準(zhǔn)量器，除了測量球體外，還通過測量該標(biāo)準(zhǔn)量器，通過從所得到的離散的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)學(xué)處理來求得圓的直徑，就能很容易地進(jìn)行特定的面內(nèi)2個軸的校正。
另外，本發(fā)明的第十方案是在上述第一方案所述的三維坐標(biāo)測量儀用量器中，由于在支撐體的端面上設(shè)有用于豎立設(shè)置的突起，從而能夠?qū)⒃摿科骺煽康刎Q立設(shè)置于測量臺上。


圖1A-圖1C表示本發(fā)明的實施例，圖1A是沿圖1C的A-A線的頂視圖。
圖1B是沿圖1A的B-B線的縱剖面圖。
圖1C是沿圖1A的C-C線的縱剖面圖。
圖2A～圖2D是表示本發(fā)明的實施例所用的球體支撐部件的方式的圖，圖2A是表示第1方式的說明圖。
圖2B是圖2A的側(cè)視圖。
圖2C是表示在球體支撐部件上設(shè)置永磁體的其他的方式的說明圖。
圖2D是圖2C的側(cè)視圖。
圖3A～圖3E是表示本發(fā)明的其它實施例的圖，圖3A是沿圖3C的A-A線看的頂視圖。
圖3B是沿圖3A的B-B線的縱剖面圖。
圖3C是沿圖3A的C-C線的縱剖面圖。
圖3D是表示球體支撐部件的端面部分的別的例子的圖，是沿圖3E的D-D線看的一部分的側(cè)視圖。
圖3E是沿圖3D的E-E線看的仰視圖。
圖4A～圖4C是表示本發(fā)明的其它實施例的圖，圖4A是沿圖4B的A-A線看的頂視圖。
圖4B是沿圖4A的B-B線的側(cè)視圖。
圖4C是沿圖4A的C-C線的側(cè)視圖。
圖5是表示在測量本發(fā)明的量器時放置在具有V形槽的V型座上的狀態(tài)的說明圖。
圖6A～圖6C是表示本發(fā)明的其它實施例的圖，圖6A是沿圖6B的A-A線看的頂視圖。
圖6B是沿圖6A的B-B線的側(cè)視圖。
圖6C是沿圖6A的C-C線的側(cè)視圖。
圖7A～圖7D是表示將現(xiàn)有技術(shù)例子的量器固定在三維坐標(biāo)測量儀的測量臺上進(jìn)行作業(yè)的狀態(tài)的說明圖。
圖8是表示將現(xiàn)有技術(shù)例子的量器設(shè)定在三維坐標(biāo)測量儀上的狀態(tài)的說明圖。
圖9是說明用現(xiàn)有技術(shù)例子的量器來計算機(jī)械軸之間的垂直度的方法的圖。
具體實施例方式
參照附圖來說明本發(fā)明的實施例。圖1A～圖1C表示本發(fā)明的一個實施例，在金屬制的圓筒狀支撐體1的外周面上，平行于該圓筒狀支撐體1的中心軸線，即平行于圓筒狀支撐體1的母線，并且相互離開180度而對向的位置上設(shè)有坐標(biāo)球體安裝部。在本實施例中表示的是坐標(biāo)球體組件具有6個坐標(biāo)球體(以下簡稱球體)。該坐標(biāo)球體組件安裝在大致長方體狀的坐標(biāo)球體固定部件(以下簡稱為球體固定部件)4上。并且，該球體固定部件4粘接或以螺絲等手段固定在作為坐標(biāo)球體安裝部的嵌合槽2上。
再有，在該圓筒狀支撐體1的外圓周面上形成有3個大小各異的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)狀量器5。
為了將該坐標(biāo)球體組件的球體固定在球體固定部件4上能夠以各種方式固定。
在圖1A、圖1C或圖1C的局部放大圖D1中，如圖所示，球體3可以直接固定在球體固定部件4上，另外，如圖1C的局部放大圖D2或圖2A、圖2B所示，也可以通過球體支撐件6固定在球體固定部件4上。
再有，也可以將球體3直接固定在支撐體1上，或如圖1C的放大圖D2所示，也可以將固定了球體3的球體支撐件6直接固定在支撐體1上。
另外，如上述圖1C所示，在直接將球體3固定在球體固定部件4上時，在球體固定部件4上形成與固定于其上的球體3的曲面具有同一曲面的球狀嵌合槽7，能夠?qū)⑶蝮w3嵌合到該球狀嵌合槽7中并以粘接等方法固定。
此外，也可以在球體固定部件4的表面不設(shè)置上述那樣的球狀嵌合槽7，而以任意的平面切斷球體3，將球體固定在球體固定部件4的表面。還有，這時所用的局部被平面切斷的球體，由于在本發(fā)明中與完整的球體具有相同的作用，所以在本發(fā)明中也稱作‘球體’。
如上所述，固定了球體3的球體固定部件4如實施例的圖2A、圖2B所示那樣形成，能夠?qū)⑵淝逗系綀A筒狀支撐體1的嵌合槽2中，以粘接等固定方法固定，但是也可以如圖2C、圖2D所示，將永磁體9安裝到球體固定部件4的底面8，將這樣的球體固定部件4嵌合到和上述同樣的圓筒狀支撐體1的嵌合槽2中，同時，通過利用球體固定部件4的永磁體9使之吸引到由鐵等磁性材料構(gòu)成的圓筒狀支撐體1上予以固定。這樣，通過對圓筒狀支撐體1設(shè)置嵌合槽2就能夠?qū)⑶蝮w固定部件可靠地固定在正確的位置。
采用這樣的結(jié)構(gòu)，能夠做成可以在圓筒狀支撐體1和固定了球體3的球體固定部件4拆開的狀態(tài)搬運、易于操作的量器。另外，通過采用這種固定了球體3的球體固定部件4可裝拆的結(jié)構(gòu)，在因長時間的使用球體磨損變形時，或因不適當(dāng)?shù)牟僮髑蝮w變形或受到損傷時，通過得到新的球體固定部件并安裝，就能夠便宜并且容易地進(jìn)行修補(bǔ)。
在用這樣構(gòu)成的圓筒狀量器10進(jìn)行三維坐標(biāo)測量儀的性能評估作業(yè)時，沿三維坐標(biāo)測量儀的坐標(biāo)系在X-Y平面內(nèi)、X-Z平面內(nèi)、或Y-Z平面內(nèi)的任意一個固定設(shè)置圓筒狀量器10。在X-Y平面內(nèi)準(zhǔn)備如圖5所示的V型座，若將該圓筒狀量器10橫過來放置在該V形槽上就能夠使其很穩(wěn)定地放置。
在將如上所述的圓筒狀量器固定放置之際，例如將球體放置在Y方向，X方向處于圓柱的直徑方向的狀態(tài)，以三維坐標(biāo)測量儀對圖中6個并排在一側(cè)的一列球體3全部進(jìn)行用于求出其中心位置的測量。該測量能夠通過在上述現(xiàn)有技術(shù)中也詳細(xì)敘述了的眾所周知的方法來容易地求得。
將這樣所求得的一列球體作為0度側(cè)。然后，使該圓筒狀量器轉(zhuǎn)動180度來對另一列的球體進(jìn)行同樣的測量。從該一系列的測量數(shù)據(jù)求出球體的中心間距離，與以國家標(biāo)準(zhǔn)器校正過的球體間的距離比較，從該結(jié)果就能夠進(jìn)行三維坐標(biāo)測量儀的刻度的校正。
其次，對同一球體的上述0度的X0坐標(biāo)值數(shù)據(jù)和將其轉(zhuǎn)動180度時的X180坐標(biāo)值數(shù)據(jù)進(jìn)行以下的處理。
Yi＝(X0-X180)/2在這里，i＝1-n(n為球體的個數(shù))同樣地計算處理直到Y(jié)n，根據(jù)JIS B 0621的定義能夠求出直線度。
另外，對于垂直度來說，基于以上述0度側(cè)的基準(zhǔn)球和180度側(cè)的基準(zhǔn)球做出的基準(zhǔn)線，求出在離0度側(cè)基準(zhǔn)球最遠(yuǎn)的球體的中心坐標(biāo)點形成的角度。其次，反轉(zhuǎn)180度并進(jìn)行同樣的測量和計算處理，通過求出兩者之和就能夠知道垂直度。
通過這樣一次測量就能夠同時進(jìn)行三維坐標(biāo)測量儀的刻度的校正、直線度和垂直度3個項目的評估，能夠極為簡單地進(jìn)行這些作業(yè)。
在上述實施例中，利用沒有設(shè)置圓筒狀支撐體1的球體固定部件4的一面，能夠形成數(shù)個如實施例表示的3個標(biāo)準(zhǔn)環(huán)狀量器5。因此，在三維坐標(biāo)測量儀中，通過計算測量各標(biāo)準(zhǔn)環(huán)狀量器5，從所得到的離散的數(shù)據(jù)通過數(shù)學(xué)處理求出圓的直徑，就能夠僅對特定的面內(nèi)的兩個軸方向進(jìn)行校正。
在圖3A～圖3C中表示了將本發(fā)明的三維坐標(biāo)測量儀用量器的支撐體1形成圓錐臺狀，做成圓錐臺狀的量器的例子。主要結(jié)構(gòu)與上述圓筒狀量器相同，也同樣地使用。
還有，如圖3C所示球體3埋在球體固定部件4中的深度不必一定相等，即使參差不齊也不會妨礙測量。這一點對上述圓筒狀量器也一樣。
在圖3D、圖3E中還表示了其它的實施例，在圓錐臺量器10的底面13形成使3個球體突出的用于豎立設(shè)置的突起14。使圓錐臺狀量器10豎立就能夠?qū)⑵涔潭ㄔ谌S坐標(biāo)測量儀的測量臺上。
這樣的方式對上述圓筒狀量器等其它的量器也可以同樣地構(gòu)成。
在上述實施例中，所示的是將球體的列配置成相對于圓筒狀量器的母線無任何扭轉(zhuǎn)的例子，但在圖4A～圖4C所示的方式中則表示使球體固定部件4的軸線相對于與圓筒狀支撐體1的母線平行的直線以預(yù)定的角度傾斜安裝的狀態(tài)。在該例中表示的是將相互對向的2個球體固定部件4設(shè)計成與圓筒狀支撐體1的母線沿同一方向傾斜的例子。采用這樣的結(jié)構(gòu)，可以很容易地評估在三維坐標(biāo)測量儀的空間內(nèi)的性能。還有，在上述實施例中雖表示的是將2個球體固定部件4傾斜的例子，但是也可以只傾斜一個，另外傾斜的方向也可以分別任意設(shè)定。
再有，也可以將如圖3A-圖3C所示的圓錐臺狀量器的球體固定部件4以相對于圓錐臺量器的母線傾斜的狀態(tài)固定。
以這樣的量器進(jìn)行測量可以在X-Y平面內(nèi)，X-Z平面內(nèi)，Y-Z平面內(nèi)進(jìn)行。在原來的三維坐標(biāo)測量儀的校正作業(yè)中，在其空間內(nèi)的性能評估之際雖也有將量器放置在傾斜的臺上階梯式進(jìn)行的情況，但在這里使圓筒狀量器在平面內(nèi)穩(wěn)定放置，使排列的球體自身以任何角度傾斜地安裝在支撐體上?；蛘吲c支撐體的母線方向垂直地安裝坐標(biāo)球體。再有，為了實施作為坐標(biāo)空間的評估的空間內(nèi)的刻度的校正，在支撐體的母線方向上可使球體的高度位置任意變化地安裝。因此，可在空間坐標(biāo)內(nèi)傾斜地測量坐標(biāo)球體以進(jìn)行評估，另外，由于可以將坐標(biāo)球體固定放置在支撐體的任意位置，可以在Z軸的高度的不同位置進(jìn)行刻度的校正、直線度、及垂直度的評估。由于可以經(jīng)該一系列的測量讀出圓筒狀量器的坐標(biāo)球體組件的中心坐標(biāo)，因而若仔細(xì)調(diào)節(jié)球體坐標(biāo)的安裝位置，則最大可以校正球體坐標(biāo)的2倍的刻度。因此，可一次測量寬闊范圍的性能，并能容易且正確地進(jìn)行刻度的校正。
還有，在如圖4A、圖4B所示的實施例中，表示的是相對于圖中上側(cè)一列的球體3以該球體基本上全部突出的狀態(tài)固定在球體支撐部件4上，下側(cè)一列的球體3以一半左右突出的狀態(tài)固定在球體支撐部件4上的例子。這種球體的固定方法也同樣能夠適用于其它量器中。
另外，圖5中所示的是水平地支撐該圓筒狀量器時的例子，通過如圖所示見將該圓筒狀量器放置在具有V形槽的V型座15上，就能夠容易而可靠地固定。這樣在將量器支撐在V形座15上的狀態(tài)下，通過使支撐的量器在V型座上僅以合適的角度繞支撐體的中心軸線旋轉(zhuǎn)，就能夠使量器保持各種姿勢，能夠以各種方式容易地進(jìn)行三維坐標(biāo)測量儀的校正作業(yè)。
在如圖6A～圖6C所示的實施例中，用上述圖3A～圖3D所示的錐臺狀的支撐體1，將在與該支撐體1的圓錐臺表面相互成90度的位置上固定共計3個具有多個球體的球體支撐部件4，在剩下的90度位置的端面附近將1個球體3直接固定在支撐體1上。即，該場合表示的例子是，設(shè)有具有數(shù)個球體的2個坐標(biāo)球體組件的對和具有數(shù)個球體的坐標(biāo)球體組件和具備有一個球體的坐標(biāo)球體組件組成的對這兩組坐標(biāo)球體組件對。
還有，在圓錐臺狀支撐體1上在具有1個球體的坐標(biāo)球體組件的下側(cè)形成3個標(biāo)準(zhǔn)環(huán)量器5。
權(quán)利要求
1.一種三維坐標(biāo)測量儀用量器，其特征在于，含有具有使直線狀的母線繞中心軸線旋轉(zhuǎn)而得到的旋轉(zhuǎn)體的外周面的支撐體，及安裝在上述支撐體的外周面上、由相對于上述支撐體的中心軸線配置在對稱位置的兩個坐標(biāo)球體組件組成的最少一組坐標(biāo)球體組件；上述坐標(biāo)球體組件的至少一組具有排列在直線上的數(shù)個坐標(biāo)球體。
2.如權(quán)利要求1所述的三維坐標(biāo)測量儀用量器，其特征在于使上述直線狀的母線繞中心軸線旋轉(zhuǎn)所得到的旋轉(zhuǎn)體為圓筒體。
3.如權(quán)利要求1所述的三維坐標(biāo)測量儀用量器，其特征在于使上述直線狀的母線繞中心軸線旋轉(zhuǎn)所得到的旋轉(zhuǎn)體為圓錐體。
4.如權(quán)利要求1所述的三維坐標(biāo)測量儀用量器，其特征在于上述坐標(biāo)球體組件的數(shù)個坐標(biāo)球體排列在平行于上述支撐體的母線的直線上。
5.如權(quán)利要求1所述的三維坐標(biāo)測量儀用量器，其特征在于上述坐標(biāo)球體組件的數(shù)個坐標(biāo)球體排列在與平行于上述支撐體的母線的直線交叉的直線上。
6.如權(quán)利要求1所述的三維坐標(biāo)測量儀用量器，其特征在于上述坐標(biāo)球體組件通過坐標(biāo)球體固定部件可裝拆地安裝在設(shè)于上述支撐體的表面的坐標(biāo)球體組件安裝部上。
7.如權(quán)利要求6所述的三維坐標(biāo)測量儀用量器，其特征在于上述坐標(biāo)球體組件安裝部做成可插入上述坐標(biāo)球體固定部件的槽狀。
8.如權(quán)利要求6所述的三維坐標(biāo)測量儀用量器，其特征在于由磁性材料構(gòu)成上述支撐體的同時，在上述坐標(biāo)球體固定部件上安裝永磁體，將該坐標(biāo)球體固定部件可裝拆地安裝在上述支撐體上。
9.如權(quán)利要求1所述的三維坐標(biāo)測量儀用量器，其特征在于在上述支撐體上形成標(biāo)準(zhǔn)量器。
10.如權(quán)利要求1所述的三維坐標(biāo)測量儀用量器，其特征在于在上述支撐體的端面設(shè)有用于豎立設(shè)置的突起。
11.如權(quán)利要求1所述的三維坐標(biāo)測量儀用量器，其特征在于含有具有圓筒形外周面的支撐體、及安裝在上述支撐體的外周面上、由相對于上述支撐體的中心軸線配置在對稱位置的兩個坐標(biāo)球體組件組成的坐標(biāo)球體組件；上述坐標(biāo)球體組件具有分別排列在平行于上述支撐體的母線的直線上的數(shù)個坐標(biāo)球體。
12.如權(quán)利要求1所述的三維坐標(biāo)測量儀用量器，其特征在于含有具有圓筒形外周面的支撐體、及安裝在上述支撐體的外周面上、由相對于上述支撐體的中心軸線配置在對稱位置的兩個坐標(biāo)球體組件組成的坐標(biāo)球體組件；上述坐標(biāo)球體組件具有分別排列在以預(yù)定的角度與上述支撐體的母線傾斜的直線上的數(shù)個坐標(biāo)球體。
13.如權(quán)利要求1所述的三維坐標(biāo)測量儀用量器，其特征在于含有具有圓錐形外周面的支撐體、及安裝在上述支撐體的外周面上、由相對于上述支撐體的中心軸線配置在對稱位置的兩個坐標(biāo)球體組件組成的坐標(biāo)球體組件；上述坐標(biāo)球體組件具有分別排列在平行于上述支撐體的母線的直線上的數(shù)個坐標(biāo)球體。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于三維坐標(biāo)測量儀的性能評估的量器。本發(fā)明提供一種能夠迅速且簡便地同時對三維坐標(biāo)測量儀進(jìn)行校正、求出其直線度及垂直度的三維坐標(biāo)測量儀用量器。在圓筒狀或圓錐狀的支撐體(1)的表面形成嵌合槽(2)，將排列了數(shù)個球體(3)的球體固定部件(4)嵌合到該嵌合槽(2)中加以固定。在支撐體(1)上形成有標(biāo)準(zhǔn)環(huán)狀量器(5)。將該三維坐標(biāo)測量儀用量器(10)固定在三維測量儀的測量臺上，利用各球體的中心之間距離及由數(shù)個球體中心形成的軸線和平面來進(jìn)行測量。能夠以一次測量同時進(jìn)行三維坐標(biāo)測定儀的刻度的校正、直線度、垂直度這3個項目的評估。
文檔編號G01B5/28GK1556913SQ0380103
公開日2004年12月22日 申請日期2003年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月9日
發(fā)明者松田次郎 申請人:獨立行政法人產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所