CN101279431A - 面形状的图像显示方法 - Google Patents

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Abstract

一种面形状的图像显示方法，通过探测器对工件的被测量面进行在机测量，根据工件的所测得的形状数据在画面上显示所述被测量面的面形状，该方法具有以下步骤：为了取得所述被测量面的连续形状数据，使所述探测器在所述被测量面上相对移动，同时通过所述探测器测量所述被测量面上的多个测量位置；以及根据通过测量而取得的所述连续形状数据，实时地显示所述被测量面的面形状。

Description

面形状的图像显示方法
本申请主张在2007年4月3日申请的日本专利申请号第2007-097637号说明书的优先权，参照并入其全部内容。
技术领域
本发明涉及一种面形状的图像显示方法，通过探测器(probe)对工件的被测量面的面形状进行在机测量，根据所测得的形状数据在画面上显示被测量面的面形状。
背景技术
一般，作为通过接触式探测器对工件的被测量面的面形状进行在机测量，根据测得的形状数据显示被测量面的面形状的面形状的图像显示方法的一例，有在特开2005-63074号公报中公开的方法。该方法是作为点群形态的离散数据而取得被测量面的形状数据，根据所取得的形状数据进行样条(spline)插补或正交多项式表现的变换，求得工件的X-Y正交2轴的坐标位置的被测量面的高度Z。
作为使探测器在工件的被测量面上沿X轴方向和Y轴方向直线动作时的、X-Y正交2轴的坐标位置所对应的Z轴方向的高度数据，取得形状数据。即，探测器以规定的接触压力接触被测量面的状态下，在X轴方向或Y轴方向连续移动，在规定的时刻测量X-Y正交2轴的坐标位置的探测器的Z方向位移，由此取得3维形状数据(X，Y，Z)。
作为不连续的离散数据而取得的形状数据，在X轴方向以及Y轴方向被曲线插补，通过CAD而生成平滑的3维曲面。将CAD数据变换为CAM数据，决定以规定进刀量进行槽加工的金刚石刀具的刀具路径(tool path)。
在现有方法中，在机测量而得的工件的形状数据，作为数据文件被保存，并且通过形状分析软件被变换为CAD数据。例如将CAD数据与理想的工件的CAD数据进行比较，进而计算出用于通过金刚石刀具等将工件加工为理想形状的CAM数据。这种CAD/CAM系统，作为可以高精度、高效率地将工件加工为规定形状的系统而得到应用。
然而，在现有方法中存在以下问题：由于机械故障、机械振动、刀具损伤等干扰而在工件的形状中存在异常的情况下、由于工件的固定方法不完善而使工件倾斜的情况下、在工件上附着了切屑的情况下等导致测得的形状数据中存在异常时，操作者无法识别这些异常，而在此状态下连续进行接下来的加工。由于无法在中途对测量或接下来进行的加工进行中断或者修正，所以有时使昂贵的产品报废、或者使加工生产线的生产性能下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种面形状的图像显示方法，使操作者始终可以识别在机测量而得的工件的被测量面的面状态、可以瞬时掌握由测量数据反映的机械异常或工件异常、可以提高加工的可靠性。
为实现上述目的，本发明的一个形态提供一种面形状的图像显示方法，通过探测器对工件的被测量面进行在机测量，根据工件的所测得的形状数据在画面上显示所述被测量面的面形状，该方法具有如下步骤：为了取得所述被测量面的连续形状数据，使所述探测器在所述被测量面上相对移动，同时通过所述探测器测量所述被测量面上的多个测量位置；根据通过测量而取得的所述连续形状数据，实时地显示所述被测量面的面形状。
根据上述构成，使探测器在被测量面上相对移动，同时通过探测器对被测量面上的多个测量位置进行测量来取得被测量面的连续形状数据，根据所取得的连续形状数据实时地显示被测量面的面形状，由此可以在测量的同时识别工件的被测量面的面状态。从而可以瞬时地掌握由测量数据反映的机械异常或工件异常，可以提高加工的可靠性。
另外，在所述面形状的图像显示方法中，也可以根据所述工件的不连续形状数据，通过数学运算方法计算出所述连续形状数据，根据计算出的所述连续形状数据显示所述被测量面的面形状。由此，可以将在规定的测量位置测得的不连续的多个形状数据作为连续的形状数据而算出。因此，也可以将形状数据2维化或3维化。
另外，在所述面形状的图像显示方法中，通过在邻接的所述不连续形状数据间进行曲线插补，也可以计算出所述连续形状数据。由此，通过曲线插补能够以平滑的曲线或曲面显示被测量面。
另外，在所述面形状的图像显示方法中，以使所述探测器从该探测器的轴方向以规定的接触压力接触所述被测量面、同时所述探测器沿所述工件的所述被测量面移动的方式，使所述探测器在与所述轴方向正交的方向上相对移动，测量所述被测量面的面形状。由此，通过在被测量面上的互相正交的3轴的坐标系中所表示的3维位置坐标上加上探测器的轴方向的位移数据，可以取得被测量面的形状数据。
另外，在所述面形状的图像显示方法中，也可以通过亮度的强弱来显示所述探测器的所述轴方向的所述位移数据与所述探测器的所述轴方向的机械坐标的合计的数值的大小，使所述位移数据的数值最大的部分的所述亮度较高，从所述位移数据的所述数值最大的部分起，随着数值变小而逐渐降低所述亮度。由此，通过以亮度的强弱来显示探测器的位移数据的数值的大小，根据2维显示的多个测量路径可以得知包含被测量面的凹凸在内的弯曲状态。
附图说明
本发明的上述以及其它目的、特征和优点，通过与附图相关的以下优选实施方式的说明而更加明了。
图1是表示用于实施本发明的面形状的图像显示方法的加工系统的一个实施方式的主视图。
图2是表示安装在图1的机床上的工件的正交3轴的坐标系、和探测器的1轴的坐标系的说明图。
图3是说明图1的加工系统中实施的图像显示方法的流程图。
图4是具有测量对象面的工件的立体图。
图5是以多个2维直线来表示图4所示的测量对象面的面状态，并且以亮度的强弱来区别表示高度方向的位移(与纸面垂直的方向、即Z方向的位移)的高低的说明图。
图6是表示通过对由探测器测得的不连续的多个测量数据(点数据)进行曲线插补而得到的平滑曲线的说明图。
图7是以3维形式表示测量对象面的面状态的说明图。
图8是以3维曲面表示测量对象面的面状态的说明图。
具体实施方式
以下，使用附图详细说明本发明的实施方式的具体例。图1表示用于实施本发明的面形状的图像显示方法的加工系统的一个实施方式。
该加工系统具有：保持作为测定对象物的工件4的机床1、具有与工件4的被测量面4a接触的探测器8的测量器2、以及根据测量器2测得的多个测量数据来显示被测量面4a的面状态(弯曲等)的图像显示装置3。该加工系统用于实施在测量工件4的被测量面4a的同时实时地识别被测量面4a的面状态的图像显示方法。
本实施方式的机床1表示了所谓的卧式机床，但不特别限定其形态，提供了可以在互相正交的3轴方向上直线移动的机床。在图1所示的机床1中，为方便起见，将上下方向设定为Y轴方向，将与Y轴正交的左右方向设定为Z轴方向，将与Y轴和Z轴正交的方向设定为X轴方向。该机床1的主要构成部分具有：可以在X轴方向上移动的具有コ字形状的台座(block)9；可以在Z轴方向上移动的下部台座5；可以在Y轴方向上移动的上部台座6；以及在与Z轴平行的方向上具有旋转轴的未图示的主轴台座。将未图示的主轴台座配置在与测量器2相当的位置，在主轴台座上可以自由装卸地安装了形成工件4的被测量面4a的旋转刀具。
作为测定对象物的工件4，以被测量面4a朝向测量器2的探测器8的位置方式被横向保持在上部台座6的端部。工件4的被测量面4a是通过例如球头立铣刀(ball end mill)等旋转刀具被加工成规定形状的加工面。不将工件4从机床1取下，而在机床上通过探测器8对作为加工面的被测量面4a的形状进行测量，通过CAD/CAM系统求得新的加工数据。
测量器2具有：将通过反射镜反射激光而产生的干涉条纹的强度变换为距离数据的装置(未图示)、和具有红宝石(ruby)制造的测头(stylus)8a的探测器8。测头8a仅可以在Z轴方向(测头8a的轴方向)上进行位置移动。测头8a的位置移动，将激光的干涉条纹的强度变换为电信号。由此，通过在测头8a以规定的接触压力接触被测量面4a的状态下，使工件4在与Z轴正交的垂直面(X-Y平面)内以及Z轴方向上移动，被测量面4a的凹凸或弯曲作为测头8a的位移和Z轴方向的坐标的合计而得到测量。探测器8的移动是与加工路径相同的移动，通过探测器8将加工路径和实际形状的细微误差作为测头8a的位移来测量。
基于探测器8的测量方法不限于本实施方式，参照图2～图4说明测量方法的一例。图2和图4表示了探测器8所对的工件4的3维坐标系。图中，将工件4的上表面12和下表面13配置为朝向Y轴方向，将工件4的左右侧面14、15配置为朝向X轴方向，将作为工件4的端面的被测量面4a配置为朝向Z轴方向。
通过探测器8进行的被测量面4a的测量中，以探测器8相对于工件4的被测量面4a在X轴方向上相对移动的方式，机床1使工件4在X轴方向上移动。即，以探测器8从被测量面4a的长度方向的一侧到另一侧在X轴方向上相对地进行1条路径扫描的方式，机床1使作为X轴的台座9在X轴方向上移动。
如图3的测量方法的流程图所示，通过步骤S1，在设定探测器8和工件4的相对位置关系后，开始在机床1上测量工件4的被测量面4a。
通过步骤S2，取得测量位置的直线轴的位置数据、和在机测量器2的探测器8的Z轴方向的位移数据，将两数据相加来求得测量数据。即，作为1条路径的测量数据，取得以规定时间间隔测得的不连续的测量数据。
接着，通过步骤S3，根据位置数据(X，Y，Z)和探测器8的位移数据取得3维测量数据。即，在探测器8的1条路径扫描后，将工件4以规定的间距在Y轴方向上挪动，以探测器8再次从被测量面4a的长度方向的一侧到另一侧在X轴方向上相对地进行1条路径扫描的方式，使台座9在X轴方向上移动。在工件4的厚度方向即Y方向上重复进行同样的测量，得到被测量面4a的测量数据。如此取得的测量数据，不仅在被测量面4a的X轴方向上，在Y轴方向上也作为不连续的测量数据而被取得。
接着，通过步骤S4，根据不连续的测量数据进行数学运算，取得连续的形状数据。即，曲线插补的例子如图6所示那样，在邻接的不连续的测量数据之间以曲线17进行插补，由此得到了连续的3维形状数据。在图6中可知，以轮廓圆圈表示的多个离散数据20被平滑地连接。
最后，通过步骤S5，根据连续的形状数据在显示器16上实时地显示被测量面4a的3维形状。图5、图7和图8分别显示被测量面4a的3维形状。在后面描述各图的说明。
图像显示装置3具备：存储通过探测器8测得的被测量面4a的测量数据的存储单元、在不连续的测量数据间进行插补的计算单元、以及通过图像显示被测量面4a的形状的显示器16。计算单元根据存储在存储单元中的多个测量数据计算出2维曲线17，并且计算出3维曲面22。通过显示器16如图5所示那样地显示2维曲线17，并且如图7和图8所示那样地显示3维曲面22。
在图5中表示平面地观察3维曲面的图。图中，纸面表示X-Y平面，与纸面垂直的方向表示Z方向。如图所示，互相平行的各路径的曲线17中，以亮度的强弱表示探测器8的Z方向的位移与机床的Z轴方向坐标的合计的大小。表示出在亮度较高的中央部分18a，探测器8的Z方向的位移与机床的Z轴方向坐标的合计较大，在亮度低的两侧部分18b、18c，探测器8的Z轴方向的位移与机床的Z轴方向坐标的合计较小。由此，可以通过图像显示被测量面4a的弯曲的状态。
图7是表示以立体的线框(wire flame)形式(线形式)显示通过计算单元计算出的曲面22的图。在该图中，被测量面4a的弯曲的状态不是通过亮度的强弱、而是通过立体的图像来显示。图8为了更易于观察地表现立体的弯曲，以实体(solid)形式(面形式)显示3维曲面22。
如上所述，根据本实施方式的面形状的图像显示方法，使探测器8在被测量面4a上相对移动，同时通过探测器8对被测量面4a上的多个测量位置进行测量，取得被测量面4a的测量数据，根据所取得的测量数据在图像显示装置3中实时地显示被测量面4a的面形状，由此可以在测量的同时识别工件4的被测量面4a的状态。因此，可以瞬时掌握由测量数据反映的机床1的异常或工件4的异常，可以提高加工的可靠性。
此外，本发明不限定于上述实施方式，在不超出本发明主旨的范围内，可以进行各种变形来实施。

Claims (5)

1.一种面形状的图像显示方法，通过探测器(8)对工件(4)的被测量面(4a)进行在机测量，根据所述被测量面的所测得的形状数据，在画面上显示所述被测量面(4a)的面形状，其特征在于，具有如下步骤：
为了取得所述被测量面(4a)的连续形状数据，使所述探测器(8)在所述被测量面(4a)上相对移动，同时通过所述探测器(8)测量所述被测量面(4a)上的多个测量位置；以及
根据通过测量而取得的所述连续形状数据，实时地显示所述被测量面(4a)的面形状。
2.根据权利要求1所述的面形状的图像显示方法，其特征在于，
根据所述工件(4)的不连续形状数据，通过数学运算方法计算出所述连续形状数据，根据计算出的所述连续形状数据显示所述被测量面(4a)的面形状。
3.根据权利要求2所述的面形状的图像显示方法，其特征在于，
通过在邻接的所述不连续形状数据之间进行曲线插补，计算出所述连续形状数据。
4.根据权利要求1所述的面形状的图像显示方法，其特征在于，
以使所述探测器(8)从该探测器(8)的轴方向以规定的接触压力接触所述被测量面(4a)、同时所述探测器(8)沿所述工件(4)的所述被测量面(4a)移动的方式，使所述探测器(8)在与所述轴方向正交的方向上相对移动，测量所述被测量面(4a)的面形状。
5.根据权利要求4所述的面形状的图像显示方法，其特征在于，
通过亮度的强弱来显示所述探测器(8)的所述轴方向的所述位移数据与所述探测器(8)的所述轴方向的机械坐标的合计的数值的大小，使所述合计的数值最大的部分的所述亮度较高，从所述合计的所述数值最大的部分起，随着数值变小而逐渐降低所述亮度。
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