JP2004347492A - ワークの精度測定装置と精度測定方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ワークを位置測定装置に対して位置決めする際に用いる治具が、位置ずれを起こす恐れのある治具であった場合でも、ワークの形状を正確に測定できる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】治具のワーク位置決め用基準の相対位置関係を予め求めておく。位置測定装置は自身の持つ座標系で、治具の位置と、ワークの測定対象箇所を測定する。位置測定装置の測定結果と、治具の位置決め基準の相対位置関係を元にして、治具に位置決めされたワークの位置の測定結果を、ワーク内で定められたワーク座標系の座標値に座標変換する装置が備えられており、座標変換によって、ワーク自体の形状を正確に表す位置の測定結果が得られる。
【選択図】 図３
【課題を解決するための手段】治具のワーク位置決め用基準の相対位置関係を予め求めておく。位置測定装置は自身の持つ座標系で、治具の位置と、ワークの測定対象箇所を測定する。位置測定装置の測定結果と、治具の位置決め基準の相対位置関係を元にして、治具に位置決めされたワークの位置の測定結果を、ワーク内で定められたワーク座標系の座標値に座標変換する装置が備えられており、座標変換によって、ワーク自体の形状を正確に表す位置の測定結果が得られる。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ワークの形状精度を測定する技術に関する。特に、治具を用いてワークを位置決めし、位置決めされたワークの測定対象箇所を位置測定装置で測定することによって、ワーク基準に基づいて設定されているワーク座標系によって、測定対象箇所の座標値を求める技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】ワークに形成されている特定箇所の位置を測定し、その特定箇所とワーク基準との相対位置関係を求めることがしばしば必要とされる。例えば正方形の板にボルト穴が形成されているワークについて、そのボルト穴の位置を測定し、その正方形の縦横の２辺に対するボルト穴の位置を求めることがしばしば必要となる。通常は、ワークに基準点を設けておく。例えば、正方形のワークの一辺の両端位置に正基準と副基準を設けておき、その基準に基づいてワーク座標系を設定しておく。例えば、正基準を座標原点とし、ｘ軸が副基準を通る直交座標系をとる。そのワーク座標系でボルト穴の位置を測定しておくと、正基準と副基準に対するボルト穴の位置関係が得られ、これが所望の位置に一致しているか否かを判定することが可能となり、一致していなければ所望位置からのずれ量とずれ方向を測定することが可能となる。その結果、ワークを加工する金型等を修正する必要性の有無を判定し、修正の必要がある場合には修正量と修正方向を知ることが可能となる。
【０００３】
測定対象箇所の位置座標を測定する位置測定装置が発達しており、先端に接触センサを設けた移動アームの先端を測定対象箇所に接触させることで測定対象箇所の位置座標を測定する接触式の位置測定装置や、測定対象箇所にレーザを照射することによって反射するレーザから測定対象箇所の位置座標を測定する非接触式の位置測定装置や、ＣＣＤカメラによってワークを撮影して得られた画像から測定対象箇所の位置座標を計測する画像処理装置等が知られている。
上記の位置測定装置はそれ自体の座標系を持ち、位置測定装置の座標系で測定結果を出力する。
位置測定装置に対してワークを移動不能に固定し、その位置測定装置によってワークの正基準と副基準と測定対象箇所の位置を測定すれば、正基準と副基準に基づいて設定されているワーク座標系によって、測定対象箇所の座標値を測定することができる。
しかしながら位置測定装置による測定結果には誤差が伴うために、位置測定装置によってワークの正基準と副基準と測定対象箇所の位置を測定する方式では、必要な精度が得られないことがある。ワーク基準を測定する際に誤差が入り、測定対象箇所を測定する際に誤差が入るために、ワーク座標系によって測定対象箇所の座標値を求める過程で誤差が複合されてしまう。特に、測定対象箇所がワークの正基準と副基準よりも外方に位置していると、測定対象箇所の近傍では正基準と副基準の測定誤差が拡大して影響することになる。
そこで現状では、ワークを移動不能に固定する治具に「治具位置測定用基準」を設けておき、ワークの正基準と副基準を直接測定する代わりに、「治具位置測定用基準」を位置測定装置によって測定している。「治具位置測定用の２つの基準」を大きく隔てた位置に設けておくことによって、ワークの正基準と副基準を直接測定するよりも高い精度でワークの正基準と副基準の位置を求めることができる。例えば全長６００ｍｍの治具の両端に「治具位置測定用の２つの基準」を設けておくと、治具に保持されたときに治具の両端から２００ｍｍ内側に位置するワークの正基準と副基準を直接測定するよりも測定誤差が小さくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】治具の「ワーク位置決め用基準」が「治具位置測定用基準」に対して正確に配置されておらず、あるべき位置との間にずれを生じていた場合には、「治具位置測定用基準」を測定してもワークの基準点の位置を正確に求めることができない。ワーク基準点は、治具の「ワーク位置決め用基準」によって位置決めされて固定されるが、治具の「ワーク位置決め用基準」が「治具位置測定用基準」に対してずれている場合には、治具の「ワーク位置決め用基準」で位置決めされるワークの基準点も、治具上のずれた位置に位置決めされる。この結果、ワーク全体が治具上のあるべき位置からずれて位置決めされる。
位置測定装置は、ワーク座標系を定めるワークの基準点を直接測定する代わりに、治具の「治具位置測定用基準」を測定する。その測定結果から、治具に固定されたワーク基準点のあるべき位置を求め、求められたワーク基準点の位置からワーク座標系が定義される。しかし、ワークが治具上で「治具位置測定用基準」に対してずれた位置に位置決めされて固定されると、「治具位置測定用基準」の測定結果から求められるワーク基準点の位置と、実際のワーク基準点の位置との間にはずれが生じ、「治具位置測定用基準」測定結果から、実際のワーク基準点に基づいたワーク座標系を設定することができない。
以上の理由から、ワークの形状精度を測定するために用いられる治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が、あるべき位置に正確に作成されていることが必要とされる。従来の技術では、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が正確に製作されている必要があるために、治具の製作コストが高価であり、また、治具の製作に長時間を要していた。
特許文献１等に位置測定技術が開示されているが、治具の「治具位置測定用基準」に対する「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が所定のものからずれている場合には、ワークの基準点に対するワークの測定対象箇所の相対位置関係を正確に測定することができない。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−８２６３０号公報
【特許文献２】
特開２０００−６６４６５号公報
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、治具の「治具位置測定用基準」に対する「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係の精度が少々甘くても、ワークの基準点とワークの測定対象箇所の相対位置関係を正確に知ることができるワークの精度測定装置と精度測定方法を提供する。本発明のワークの精度測定装置と精度測定方法によれば、治具に関する要求精度が緩和され、治具を安価に短時間で製作することができるようになる。
【０００７】
【課題を解決するための手段と作用】請求項１のワークの精度測定装置は、位置測定装置と、治具と、座標変換装置を備えている。位置測定装置は、自身が持つ座標系（位置測定装置の座標系）で位置を測定する。治具は、「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」を備えており、「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が正確に測定されて既知となっている。ワークには「治具で位置決めされる基準」が設けられており、治具の「ワーク位置決め用基準」はワークの「治具で位置決めされる基準」を位置決めする。
座標変換装置は、位置測定装置に対して相対変位不能に保持された治具の「治具位置測定用基準」を位置測定装置で測定した結果に基づいて座標変換式を確定し、治具の「ワーク位置決め用基準」でワークの「治具で位置決めされる基準」を位置決めしたワークの測定対象箇所を位置測定装置で測定した「位置測定装置の座標系での座標値」と、ワークの「治具で位置決めされる基準」に基づいて設定されている「ワーク座標系での座標値」との間で座標変換する。
座標変換装置は、「位置測定装置の座標系での座標値」を「ワーク座標系での座標値」に変換するものであってもよく、この場合には、測定対象箇所の位置を「ワーク座標系での座標値」に変換する。逆に、「ワーク座標系での座標値」を「位置測定装置の座標系での座標値」に変換するものであってもよく、この場合には、「ワーク座標系で既知の座標値」を「位置測定装置の座標系での座標値」に変換する。双方向の座標変換が可能なものであることが好ましい。
【０００８】
本発明では、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が予め定められた基準位置関係と同一になるように正確に製作されていることを要求しない。代わりに、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が予め測定され、その相対位置関係が既知となっていればよい。
治具は、位置測定装置に対して相対変位不能に保持されて用いられる。この治具の「ワーク位置決め用基準」にワークの「治具で位置決めされる基準」が位置決めされてワークが治具に固定される。
位置測定装置は治具の「治具位置測定用基準」の位置を測定し、測定結果を自身が持つ座標系で出力する。更に位置測定装置は、ワークの測定対象箇所の位置を測定し、測定結果を自身の持つ座標系で出力する。
座標変換装置は、上記の測定結果を入力する。治具の「治具位置測定用基準」を位置測定装置の座標系で測定した結果から、治具が保持されている位置を位置測定装置の座標系で表わすことができる。治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が既知であるので、治具の「ワーク位置決め用基準」の位置を位置測定装置の座標系で表わすことができる。その結果、治具の「ワーク位置決め用基準」で位置決めされているワークの「治具で位置決めされる基準」の位置を位置測定装置の座標系で表わすことができ、ワークの「治具で位置決めされる基準」に基づいて設定されているワーク座標系と、位置測定装置の座標系との関係が明らかになる。即ち、位置測定装置の座標系での座標値とワーク座標系での座標値との間で座標変換するための変換式を確定することができる。
位置測定装置は、位置測定装置の座標系でワークの測定対象箇所の座標値を取得する。座標変換装置は、前記変換式によって、測定対象箇所の座標値を、位置測定装置の座標系によるものからワーク座標系での座標値に変換する。座標変換によって得られたワークの測定対象箇所のワーク座標系における座標値は、位置測定装置に対する治具の位置のずれや、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係のずれによって影響を受けることがない。ワークの基準点とワークの測定対象箇所の相対位置関係を表している。
本発明の精度測定装置によって、「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が予め定められている基準位置関係からずれている治具を用いた場合にも、ワークの基準点とワークの測定対象箇所の相対位置関係を正確に知ることができる。
【０００９】
請求項２の発明のように、位置測定装置で測定した測定対象箇所の「位置測定装置の座標系での座標値」と、測定対象箇所のあるべき位置をワーク座標系で記述している基準座標値のいずれか一方を他方の座標系に座標変換し、測定された座標値と基準座標値の偏差を出力する装置が付加されていることが好ましい。位置測定装置の座標系に統一して偏差を計算してもよいし、ワーク座標系に統一して偏差を計算してもよい。
この場合、測定対象箇所があるべき位置と実際にある位置との偏差を得ることができる。得られた偏差からワークの形状精度を評価することでき、ワークを加工する金型等を修正する必要があるかないか等を判定することができ、修正が必要な場合には修正量と修正方向を知ることができる。
【００１０】
本発明は、ワークの精度測定方法にも具現化される。請求項３の発明は、「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」を備えた治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係を測定する工程と、治具を位置測定装置に対して相対変位不能に保持する工程と、位置測定装置によって治具の「治具位置測定用基準」を測定する工程と、治具の「ワーク位置決め用基準」にワークの「治具で位置決めされる基準」を位置決めする工程と、治具で位置決めされたワークの測定対象箇所を位置測定装置によって測定する工程と、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係と、治具の「治具位置測定用基準」を位置測定装置の座標系で測定したに基づいて、ワークの測定対象箇所を位置測定装置の座標系で測定した座標値を、ワークの「治具で位置決めされる基準」に基づいて設定されているワーク座標系での座標値に変換する工程を備えている。
【００１１】
治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係を測定する工程によって、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係を知ることができる。その治具は、位置測定装置に対して相対変位不能に保持され、位置測定装置によって「治具位置測定用基準」の位置が測定される。「治具位置測定用基準」の測定結果は、位置測定装置の座標系で得られる。ワークが治具に位置決めされて固定され、位置測定装置によってワークの測定対象箇所の位置が測定される。ワークの測定対象箇所の測定結果もまた、位置測定装置の座標系で得られる。
治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係と、治具の「治具位置測定用基準」を位置測定装置の座標系で測定した結果から、位置測定装置の座標系とワーク座標系との位置関係が明らかになり、座標変換が可能となる。ワークの測定対象箇所を位置測定装置の座標系で測定した結果は、上記にようにして求められた位置測定装置の座標系とワーク座標系の位置関係を用いて、ワーク座標系での座標値に変換される。
本発明のワークの精度測定方法によると、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が予め定められた基準位置関係に正確に製作されていない場合にも、ワークの基準点とワークの測定対象箇所の相対位置関係を正確に知ることができる。
【００１２】
ワークの測定対象箇所が実際にある位置とあるべき位置の偏差を知ることがしばしば必要とされる。ワークの測定対象箇所が実際にある位置は位置測定装置の座標系で得られる。測定対象箇所があるべき位置はワーク座標系で与えられる。両者の偏差を得るためには、統一した座標系で処理しなければならない。
その場合には、請求項４の発明のように、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係と、治具の「治具位置測定用基準」を位置測定装置の座標系で測定した結果に基づいて、ワークの測定対象箇所を位置測定装置の座標系で測定した座標値と、ワークの「治具で位置決めされる基準」に基づいて設定されているワーク座標系で測定対象箇所のあるべき位置を記述している基準座標値の座標系を統一し、両者の偏差を計算する工程を備えていることが好ましい。この場合、位置測定装置の座標系に統一して偏差を計算してもよいし、ワーク座標系に統一して偏差を計算してもよい。
偏差が出力されると、測定対象箇所の基準位置からのずれ量とずれ方向を知ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に説明する実施例の主要な特徴を次に列記する。
（形態１）治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の位置が精密三次元位置測定装置によって測定され、相対位置関係が既知となっている。
（形態２）治具の「治具位置測定用基準」を位置測定装置で測定した結果に基づいて、位置測定装置の座標系とワーク座標系との間で座標変換する装置は、コンピュータである。
【００１４】
【実施例】以下に、本発明のワークの精度測定装置と精度測定方法を具体化した実施例を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に、実施例の精度測定装置２の全体を模式的に示す。本実施例の精度測定装置２は、位置測定装置４０と、治具２０と、コンピュータ６０を備えており、ワーク１０の形状に関する精度を測定する。
【００１５】
位置測定装置４０は、ベース５４を備えている。ベース５４は、精度測定作業中、移動不能に固定される。ベース５４から支柱５２が伸び、支柱５２の先端から可動アーム５０，４８，４６，４４が直列に接続されている。支柱５２とアーム５０、アーム５０とアーム４８、アーム４８とアーム４６、アーム４６とアーム４４の間は、回転可能なジョイントで接続されており、アーム５０，４８，４６，４４によって１本の多関節のアームが構成されている。アーム４４の先端には、接触センサ４２が配置されている。
位置測定装置４０が持つ座標系は直交座標系であって、ベース５４に支柱５２が固定されている位置に座標原点が定義されており、支柱５２に沿ってＣ軸が採られている。位置測定装置４０が持つ座標系をＡ，Ｂ，Ｃ座標系という。アーム５０，４８，４６，４４を接続するジョイントの回転によって、接触センサ４２はＡ，Ｂ，Ｃ方向に移動可能であり、接触センサ４２の先端の位置をＡ，Ｂ，Ｃ座標系での座標値で出力する。
コンピュータ６０は、位置測定装置４０による測定結果（Ａ，Ｂ，Ｃ座標系での座標値）を入力するほか、記憶媒体７０からＣＡＤデータをはじめとする位置に関するデータを読み込んでデータの比較や座標変換等の演算処理を行うことができる。又、位置測定装置４０による測定結果や座標変換結果等を、記憶媒体７０や他のコンピュータやプリンタに出力することもできる。
【００１６】
治具２０は、精度測定作業時に、位置測定装置４０に対して相対変位不能に保持されて用いられる。治具２０は、四角形の平板にワーク位置決め用基準が配置されて構成されている。四角形の平板の前面３２と、左側面３４と、上面３６の３面は、治具２０の位置測定用の基準面となるように、いずれも平坦度が高く互いに直交するように精度高く加工されている。
治具２０の上面３６には、ワーク位置決め用基準となる微少面積を有する３つのワーク位置決め用基準面２６，２８，３０と、２本で１対となるワーク位置決め用基準ピン２２，２４が設けられている。微少面積を有する３つのワーク位置決め用基準面２６，２８，３０は、治具２０の上面３６上に固定された３本の部材のそれぞれの上面に形成されている。ワーク位置決め基準面２６上に、ワーク１０を位置決めする正基準ピン２２が固定されており、位置決め基準面３０上に、ワーク１０を位置決めする副基準ピン２４が固定されている。正基準ピン２２と副基準ピン２４は、ワーク１０の離れた位置を位置決めできるように、離れた位置に配置されている。正基準ピン２２と副基準ピン２４の水平方向の断面は円形となっている。
【００１７】
治具２０の治具位置測定用基準面３２、３４，３６に対する、ワーク位置決め用基準面２６，２８，３０と、正基準ピン２２と副基準ピン２４の相対位置関係は、位置測定装置４０よりも正確に測定できる精密三次元位置測定装置によって予め測定されている。
即ち、基準面３２と基準面３６の交線をＤ軸、基準面３４と基準面３６の交線をＥ軸、基準面３２と基準面３４の交線をＦ軸とする直交座標系（治具座標系）において、正基準ピン２２と副基準ピン２４のＤ，Ｅ座標値と、位置決め用基準面２６，２８，３０のＦ座標値が精密に測定されている。
【００１８】
ワーク１０は、治具２０の正基準ピン２２で位置決めされる正基準穴１２と、治具２０の副基準ピン２４で位置決めされる副基準穴１４と、治具２０の位置決め用基準面２６，２８，３０で位置決めされる位置決め基準面１７，１８，１９を備えている。
ワーク１０の正基準穴１２は、治具２０の正基準ピン２２にぴったり嵌るサイズであり、治具の正基準ピン２２にワーク１０の正基準穴１２が嵌ると、両者の位置関係は一致する。治具の正基準ピン２２とワーク１０の正基準穴１２は、ワーク１０の正基準穴１２の治具座標系でのＤ，Ｅ座標値を、正基準ピン２２のＤ，Ｅ座標値に一致させる。
【００１９】
治具２０の正基準ピン２２と副基準ピン２４の位置関係が予め定められている基準位置関係からずれていても、治具２０の正基準ピン２２にワーク１０の正基準穴１２が嵌り、治具２０の副基準ピン２４にワーク１０の副基準穴１４が嵌るように、副基準穴１４は長穴状に伸び、一方向に小さなゆとりが確保されている（図４ではゆとりを著しく拡大して表示している）。ワーク１０の副基準穴１４は長穴状であり、その短径は副基準ピン２４の直径に等しい。
【００２０】
本実施例では、ワーク１０の正基準穴１２と副基準穴１４と位置決め基準面１７，１８，１９は、ワーク１０が治具２０によって位置決めされる基準であると同時に、ワーク座標系Ｇ，Ｈ，Ｉを定めている。ワーク座標系Ｇ，Ｈ，Ｉは、正基準穴１２の中心を原点とし、正基準穴１２と副基準穴１４を結ぶ線分１３からθだけ時計方向に回転した線分がＧ軸とされ、位置決め基準面１７，１８，１９で形成される面内でＧ軸に直交する方向にＨ軸がとられ、Ｇ軸とＨ軸に直交する方向にＩ軸がとられている。
【００２１】
ワーク１０の正基準穴１２が治具２０の正基準ピン２２に挿入され、ワーク１０の副基準穴１４が治具２０の副基準ピン２４に挿入され、ワーク１０の位置決め基準面１７が治具２０のワーク位置決め用基準面２６に当接し、ワーク１０の位置決め基準面１８が治具２０のワーク位置決め用基準面２８に当接し、ワーク１０の位置決め基準面１９が治具２０のワーク位置決め用基準面３０に当接すると、ワーク１０は治具２０に対して回転不能で平行移動不能に固定される。長穴状の副基準穴１４は、正基準穴１２と副基準穴１４を結ぶ線分１３の治具座標系Ｄ，Ｅ，Ｆにおける方位を決定する。即ち、ワーク１０の正基準ピン２２の回りの回転を規制して、治具座標系のＤ軸と、ワーク座標系のＧ軸がなす角度を一定に位置決めする。
治具２０の正基準ピン２２と副基準ピン２４の距離が基準距離と異なる場合、副基準ピン２４は副基準穴１４の長径方向に移動して位置決めされる。正確にいうと、正基準ピン２２と副基準ピン２４の距離が基準距離からずれていると、治具座標系のＤ軸とワーク座標系のＧ軸がなす角度が一定に位置決めされないことがある。しかしながらその角度誤差は小さく、多くの場合には無視することができる。
治具座標系のＤ軸とワーク座標系のＧ軸がなす角度が一定に位置決めされないことによる影響が無視できない場合には、治具座標系における正基準ピン２２のＤ，Ｅ座標値と、副基準ピン２４のＤ，Ｅ座標値とから、治具座標系のＤ軸とワーク座標系のＧ軸が基準角度から回転する角度を計算することができ、その角度を反映した座標変換式を求めることができる。
図５は、正基準ピン２２と副基準ピン２４が基準位置にあるときに位置決めされるワーク１０の位置と、正基準ピン２２と副基準ピン２４が基準位置からずれたときに位置決めされるワーク１０の位置を示し（添え字ａが付されている）、正基準ピン２２のＤ，Ｅ座標値と、副基準ピン２４のＤ，Ｅ座標値とから、ワーク１０が回転する角度αを幾何学的に計算できることを示している。
【００２２】
ワーク１０が治具２０によって位置決めされると、治具２０の基準面３２、３４，３６に対する位置決め用基準面２６，２８，３０と正基準ピン２２と副基準ピン２４の相対位置関係が正確に測定されているために、治具座標系Ｄ，Ｅ，Ｆと、ワーク座標系Ｇ，Ｈ，Ｉの関係が判明する。両者間で座標変換するための変換式が確定する。図４がそれを図式的に示しており、治具座標系Ｄ，Ｅ，Ｆと、ワーク座標系Ｇ，Ｈ，Ｉの関係が一意に決定される。図４の場合、図示の簡単のために、治具座標系のＦ軸とワーク座標系のＩ軸が平行であるように図示されているが、平行しなくてもかまわない。
【００２３】
図２は、ワーク１０の精度測定に先立って行われる準備処理の詳細手順を示している。本実施例では、位置測定装置４０よりも測定精度の高い精密三次元位置測定装置を用いて、治具２０の治具位置測定用基準面３２，３４，３６と、ワーク位置決め用基準２２，２４，２６，２８，３０の位置を測定して、治具座標系でのワーク位置決め用基準２２，２４，２６，２８，３０の座標値を求めておく。この測定作業では、温度湿度が制御された測定室に治具２０を静置し、精密三次元位置測定装置を用いて測定する。
ステップＳ３０では、治具位置測定用基準である治具２０の基準面３２，３４，３６の位置が精密三次元位置測定装置によって測定される。ここでは、それぞれの基準面上のできる限り離れた３点またはそれ以上の点を測定する。測定結果は、精密三次元位置測定装置が持つ座標系で得られる。それぞれの面について測定された３点の位置座標によって基準面３２，３４，３６の位置が測定される。
ステップＳ３２では、精密三次元位置測定装置によって、ワーク位置決め用基準である正基準ピン２２と副基準ピン２４の中心の座標と、位置決め基準面２６，２８，３０の座標を測定する。測定結果は、精密三次元位置測定装置が持つ座標系で得られる。
ステップＳ３４では、ステップＳ３０で得られた治具位置測定用基準面３２，３４，３６の測定結果から、精密三次元位置測定装置の座標系と、治具座標系（Ｄ，Ｅ，Ｆ）の関係を確定する。ついで、ステップＳ３２で得られたワーク位置決め用基準２２，２４，２６，２８，３０の精密三次元位置測定装置の座標系での座標値を座標変換して治具座標系での座標値に変換する。
座標変換された正基準ピン２２の治具座標系での座標値（ＤＥ面内での座標値Ｄ１、Ｅ１）と、副基準ピン２４の座標値（ＤＥ面内での座標値Ｄ２、Ｅ２）と、基準面２６の座標値（Ｆ軸方向の座標値Ｆ３）と、基準面２８の座標値（Ｆ軸方向の座標値Ｆ４）と、基準面３０の座標値（Ｆ軸方向の座標値Ｆ５）は、記憶媒体７０に記憶される。
治具位置測定用基準面３２，３４，３６に基づいて決定される治具座標系におけるワーク位置決め用基準２２，２４，２６，２８，３０の座標値は、記憶媒体７０に記憶される。
【００２４】
治具位置測定用基準面３２，３４，３６に対するワーク位置決め用基準２２，２４，２６，２８，３０の位置関係が測定され、ワーク位置決め用基準２２，２４，２６，２８，３０の治具座標系での座標値が既知の治具２０を利用して、ワーク１０の精度が測定される。その測定手順を図３に示す。
【００２５】
ステップＳ４０では、記憶媒体７０に予め記憶されている、ワーク１０のあるべき形状を示すＣＡＤデータをコンピュータ６０に読み込む。ＣＡＤデータは、ワーク１０の位置決め基準１２，１４，１７，１７，１９に基づいて設定されているワーク座標系（Ｇ，Ｈ，Ｉ）で作成されている。ワーク１０のＣＡＤデータから、測定対象箇所１６のワーク座標系（Ｇ，Ｈ，Ｉ）での基準座標値（測定対象箇所１６のあるべき位置の座標値）が読み出される。
【００２６】
ステップＳ４２では、治具２０を位置測定装置４０に対して相対移動できないように保持する。治具２０は位置測定装置４０によって位置を測定することができる範囲内に保持される。
ステップＳ４４では、位置測定装置４０によって、治具位置測定用基準である治具２０の基準面３２、３４，３６の位置を測定する。それぞれの基準面においてできる限り離れた３点以上の点を測定し、測定点の座標から基準面３２、３４，３６の位置を求める。求められた基準面３２，３４，３６の位置は、位置測定装置４０自身の持つＡ，Ｂ，Ｃ座標系での座標値で記述され、コンピュータ６０に送られる。
【００２７】
ステップＳ４６では、コンピュータ６０によって、ステップＳ４４で測定した基準面３２，３４，３６のＡ，Ｂ，Ｃ座標系での座標値と、ステップＳ３４で記憶したＤ，Ｅ，Ｆ座標系におけるワーク位置決め用基準２２，２４，２６，２８，３０の座標値（Ｄ１，Ｅ１），（Ｄ２，Ｅ２），Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５を利用し、治具２０で位置決めされるワーク１０の治具によって位置決めされる基準１２，１４，１７，１８，１９のＡ，Ｂ，Ｃ座標系での座標値を計算する。
ステップＳ４８では、治具２０で位置決めされるワーク１０のワーク座標系（Ｇ，Ｈ，Ｉ座標系）と、位置測定装置４０の座標系（Ａ，Ｂ，Ｃ座標系）間での変換式を確定する。位置測定装置４０の座標系（Ａ，Ｂ，Ｃ座標系）での治具の位置が判明しており（ステップＳ４４）、治具座標系（Ｄ，Ｅ，Ｆ座標系）でのワーク位置決め基準２２，２４，２６，２８，３０の位置が判明しており（ステップＳ３４）、その位置決め基準２２，２４，２６，２８，３０でワーク１０が位置決めされることから、ワーク座標系（Ｇ，Ｈ，Ｉ座標系）と、位置測定装置４０の座標系（Ａ，Ｂ，Ｃ座標系）の関係が一意に決定され、両者間の変換式が確定される。図４がそれを図式的に示しており、位置測定装置４０の座標系（Ａ，Ｂ，Ｃ座標系）と、ワーク座標系（Ｇ，Ｈ，Ｉ座標系）の関係が一意に決定される。図４の場合、図示の簡単化のために、位置測定装置の座標系のＣ軸とワーク座標系のＩ軸が平行であるように図示されているが、回転していてもかまわない。
【００２８】
図３のステップＳ５０では、実際のワーク１０を治具２０によって位置決めする。ワーク１０の正基準穴１２が治具２０の正基準ピン２２に挿入され、副基準穴１４が副基準ピン２４に挿入されると、ワーク１０の位置決め基準面１７が治具２０のワーク位置決め用基準面２６に当接し、位置決め基準面１８がワーク位置決め用基準面２８に当接し、位置決め基準面１９がワーク位置決め用基準面３０に当接する。治具２０によって位置決めされたワーク１０の基準穴１２，１４と基準面１７，１８，１９の位置測定装置４０の座標系（Ａ，Ｂ，Ｃ座標系）での座標値は、ステップＳ４６で求められた座標値と一致する。
【００２９】
ステップＳ５２で、位置測定装置４０によって測定対象箇所１６の位置が測定される。測定結果の座標値（Ａ１６，Ｂ１６，Ｃ１６）は、コンピュータ６０に送られる。測定結果はＡ，Ｂ，Ｃ座標系での座標値として得られており、コンピュータ６０は、ステップＳ４８で計算した座標変換式を用いて、ワーク座標系の座標値（Ｇ１６，Ｈ１６，Ｉ１６）に変換する（ステップＳ５４）。座標値（Ｇ１６，Ｈ１６，Ｉ１６）はワーク１０の正基準穴１２と副基準穴１４と基準面１７，１８，１９に対する測定対象箇所１６の相対位置関係を表している。
【００３０】
ステップＳ５６で、測定対象箇所１６の位置の精度が評価される。ここでは、ステップＳ４０で読み込まれたＣＡＤデータが示す測定対象箇所１６のあるべき位置の座標値（基準座標値）との偏差が計算されて出力される。偏差の大小からワーク１０の形状に関する精度の良否や、ワーク１０を加工した金型等の評価が行われる。即ち、修正する必要があるのか否かが判別され、修正する必要があるときには修正量と修正方向が判明する。
この実施例では、測定対象箇所１６の測定結果をワーク座標系の座標値（Ｇ１６，Ｈ１６，Ｉ１６）に変換し、測定対象箇所１６のあるべき位置をワーク座標系で記述している基準座標値と比較して偏差を計算する。その逆に、測定対象箇所１６のあるべき位置をワーク座標系で記述している基準座標値を位置測定装置の座標系に変換し、測定対象箇所１６の測定結果（位置測定装置の座標系での座標値）と比較して偏差を計算してもよい。両者は数学的に等価である。
【００３１】
ステップＳ５８では、次に精度測定を行うワークがあるか否かを判定し、測定するワークがある場合はステップＳ５０に戻って次のワークの測定を行う。測定するワークがない場合には、測定処理は終了となる。
【００３２】
本実施例におけるワークの精度測定装置と精度測定方法では、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が予め精密三次元位置測定装置によって測定されて既知となっている。位置測定装置は自身の持つ座標系で治具の「治具位置測定用基準」の位置を測定する。コンピュータは、位置測定装置に対する治具の位置と、治具上の基準点同士の相対位置関係から、治具の「ワーク位置決め用基準」によって位置決めされるワークの基準点の位置を位置測定装置の座標系で求める。ワークの基準点の位置が、位置測定装置の座標系の座標値として明らかになることから、位置測定装置の座標系での座標値をワークの基準点に基づいて設定されているワーク座標系の座標値に座標変換することが可能となる。位置測定装置が測定したワークの測定結果は、位置測定装置の座標系での座標値からワーク座標系での座標値に座標変換される。座標変換によって得られたワークの測定対象箇所の座標値は、ワーク基準点からの相対位置関係を表しており、ワーク自体の形状の評価や、ワークを加工した金型等の評価に用いられる。
本実施例の精度測定装置と測定方法によれば、「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が厳密に仕上げられていない治具によってワークを位置決めした場合でも、治具の基準同士のずれに影響を受けずにワークの精度評価を行うことができる。
【００３３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、治具の治具位置測定用基準は面で構成されるだけでなく、２個以上の位置決め穴や位置決めピンを利用して形成することができる。又、３次元の位置測定装置は、接触式の測定装置に代えて、ＣＣＤカメラを用いた位置測定装置や、レーザ変位計を用いた位置測定装置を用いることもできる。
治具とワークの位置決め方法は、治具に対するワークの平行移動と回転移動を拘束することができ、位置測定装置による測定に支障がなければ、位置決め基準の位置や形状は任意に設定することができる。また、測定対象箇所には制約がなく、例えば測定対象品の輪郭に測定対象箇所をおけば、ワークの輪郭の精度を測定することもできる。
【００３４】
【発明の効果】本願発明のワークの精度測定装置と精度測定方法によると、ワークを位置測定装置に対して位置決めするための治具に要求される精度を緩和することができ、安価に短時間で製作できる治具を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の精度測定装置の全体斜視図。
【図２】実施例の準備段階でする処理手順図。
【図３】実施例の測定段階でする処理手順図。
【図４】位置測定装置の座標系と、治具座標系と、ワーク座標系の関係を模式的に示す図。
【図５】治具に対してワークが回転するときの回転角を説明する図。
【符号の説明】
１０：ワーク
１２，１４：位置決め基準穴
１６：測定対象箇所
１７，１８，１９：位置決め基準面
２０：治具
２２，２４：ワーク位置決め用基準ピン
２６，２８，３０：ワーク位置決め用基準面
３２，３４，３６：治具位置測定用基準面
４０：位置測定装置
６０：コンピュータ
７０：記憶媒体
【発明の属する技術分野】本発明は、ワークの形状精度を測定する技術に関する。特に、治具を用いてワークを位置決めし、位置決めされたワークの測定対象箇所を位置測定装置で測定することによって、ワーク基準に基づいて設定されているワーク座標系によって、測定対象箇所の座標値を求める技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】ワークに形成されている特定箇所の位置を測定し、その特定箇所とワーク基準との相対位置関係を求めることがしばしば必要とされる。例えば正方形の板にボルト穴が形成されているワークについて、そのボルト穴の位置を測定し、その正方形の縦横の２辺に対するボルト穴の位置を求めることがしばしば必要となる。通常は、ワークに基準点を設けておく。例えば、正方形のワークの一辺の両端位置に正基準と副基準を設けておき、その基準に基づいてワーク座標系を設定しておく。例えば、正基準を座標原点とし、ｘ軸が副基準を通る直交座標系をとる。そのワーク座標系でボルト穴の位置を測定しておくと、正基準と副基準に対するボルト穴の位置関係が得られ、これが所望の位置に一致しているか否かを判定することが可能となり、一致していなければ所望位置からのずれ量とずれ方向を測定することが可能となる。その結果、ワークを加工する金型等を修正する必要性の有無を判定し、修正の必要がある場合には修正量と修正方向を知ることが可能となる。
【０００３】
測定対象箇所の位置座標を測定する位置測定装置が発達しており、先端に接触センサを設けた移動アームの先端を測定対象箇所に接触させることで測定対象箇所の位置座標を測定する接触式の位置測定装置や、測定対象箇所にレーザを照射することによって反射するレーザから測定対象箇所の位置座標を測定する非接触式の位置測定装置や、ＣＣＤカメラによってワークを撮影して得られた画像から測定対象箇所の位置座標を計測する画像処理装置等が知られている。
上記の位置測定装置はそれ自体の座標系を持ち、位置測定装置の座標系で測定結果を出力する。
位置測定装置に対してワークを移動不能に固定し、その位置測定装置によってワークの正基準と副基準と測定対象箇所の位置を測定すれば、正基準と副基準に基づいて設定されているワーク座標系によって、測定対象箇所の座標値を測定することができる。
しかしながら位置測定装置による測定結果には誤差が伴うために、位置測定装置によってワークの正基準と副基準と測定対象箇所の位置を測定する方式では、必要な精度が得られないことがある。ワーク基準を測定する際に誤差が入り、測定対象箇所を測定する際に誤差が入るために、ワーク座標系によって測定対象箇所の座標値を求める過程で誤差が複合されてしまう。特に、測定対象箇所がワークの正基準と副基準よりも外方に位置していると、測定対象箇所の近傍では正基準と副基準の測定誤差が拡大して影響することになる。
そこで現状では、ワークを移動不能に固定する治具に「治具位置測定用基準」を設けておき、ワークの正基準と副基準を直接測定する代わりに、「治具位置測定用基準」を位置測定装置によって測定している。「治具位置測定用の２つの基準」を大きく隔てた位置に設けておくことによって、ワークの正基準と副基準を直接測定するよりも高い精度でワークの正基準と副基準の位置を求めることができる。例えば全長６００ｍｍの治具の両端に「治具位置測定用の２つの基準」を設けておくと、治具に保持されたときに治具の両端から２００ｍｍ内側に位置するワークの正基準と副基準を直接測定するよりも測定誤差が小さくなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】治具の「ワーク位置決め用基準」が「治具位置測定用基準」に対して正確に配置されておらず、あるべき位置との間にずれを生じていた場合には、「治具位置測定用基準」を測定してもワークの基準点の位置を正確に求めることができない。ワーク基準点は、治具の「ワーク位置決め用基準」によって位置決めされて固定されるが、治具の「ワーク位置決め用基準」が「治具位置測定用基準」に対してずれている場合には、治具の「ワーク位置決め用基準」で位置決めされるワークの基準点も、治具上のずれた位置に位置決めされる。この結果、ワーク全体が治具上のあるべき位置からずれて位置決めされる。
位置測定装置は、ワーク座標系を定めるワークの基準点を直接測定する代わりに、治具の「治具位置測定用基準」を測定する。その測定結果から、治具に固定されたワーク基準点のあるべき位置を求め、求められたワーク基準点の位置からワーク座標系が定義される。しかし、ワークが治具上で「治具位置測定用基準」に対してずれた位置に位置決めされて固定されると、「治具位置測定用基準」の測定結果から求められるワーク基準点の位置と、実際のワーク基準点の位置との間にはずれが生じ、「治具位置測定用基準」測定結果から、実際のワーク基準点に基づいたワーク座標系を設定することができない。
以上の理由から、ワークの形状精度を測定するために用いられる治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が、あるべき位置に正確に作成されていることが必要とされる。従来の技術では、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が正確に製作されている必要があるために、治具の製作コストが高価であり、また、治具の製作に長時間を要していた。
特許文献１等に位置測定技術が開示されているが、治具の「治具位置測定用基準」に対する「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が所定のものからずれている場合には、ワークの基準点に対するワークの測定対象箇所の相対位置関係を正確に測定することができない。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−８２６３０号公報
【特許文献２】
特開２０００−６６４６５号公報
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、治具の「治具位置測定用基準」に対する「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係の精度が少々甘くても、ワークの基準点とワークの測定対象箇所の相対位置関係を正確に知ることができるワークの精度測定装置と精度測定方法を提供する。本発明のワークの精度測定装置と精度測定方法によれば、治具に関する要求精度が緩和され、治具を安価に短時間で製作することができるようになる。
【０００７】
【課題を解決するための手段と作用】請求項１のワークの精度測定装置は、位置測定装置と、治具と、座標変換装置を備えている。位置測定装置は、自身が持つ座標系（位置測定装置の座標系）で位置を測定する。治具は、「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」を備えており、「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が正確に測定されて既知となっている。ワークには「治具で位置決めされる基準」が設けられており、治具の「ワーク位置決め用基準」はワークの「治具で位置決めされる基準」を位置決めする。
座標変換装置は、位置測定装置に対して相対変位不能に保持された治具の「治具位置測定用基準」を位置測定装置で測定した結果に基づいて座標変換式を確定し、治具の「ワーク位置決め用基準」でワークの「治具で位置決めされる基準」を位置決めしたワークの測定対象箇所を位置測定装置で測定した「位置測定装置の座標系での座標値」と、ワークの「治具で位置決めされる基準」に基づいて設定されている「ワーク座標系での座標値」との間で座標変換する。
座標変換装置は、「位置測定装置の座標系での座標値」を「ワーク座標系での座標値」に変換するものであってもよく、この場合には、測定対象箇所の位置を「ワーク座標系での座標値」に変換する。逆に、「ワーク座標系での座標値」を「位置測定装置の座標系での座標値」に変換するものであってもよく、この場合には、「ワーク座標系で既知の座標値」を「位置測定装置の座標系での座標値」に変換する。双方向の座標変換が可能なものであることが好ましい。
【０００８】
本発明では、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が予め定められた基準位置関係と同一になるように正確に製作されていることを要求しない。代わりに、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が予め測定され、その相対位置関係が既知となっていればよい。
治具は、位置測定装置に対して相対変位不能に保持されて用いられる。この治具の「ワーク位置決め用基準」にワークの「治具で位置決めされる基準」が位置決めされてワークが治具に固定される。
位置測定装置は治具の「治具位置測定用基準」の位置を測定し、測定結果を自身が持つ座標系で出力する。更に位置測定装置は、ワークの測定対象箇所の位置を測定し、測定結果を自身の持つ座標系で出力する。
座標変換装置は、上記の測定結果を入力する。治具の「治具位置測定用基準」を位置測定装置の座標系で測定した結果から、治具が保持されている位置を位置測定装置の座標系で表わすことができる。治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が既知であるので、治具の「ワーク位置決め用基準」の位置を位置測定装置の座標系で表わすことができる。その結果、治具の「ワーク位置決め用基準」で位置決めされているワークの「治具で位置決めされる基準」の位置を位置測定装置の座標系で表わすことができ、ワークの「治具で位置決めされる基準」に基づいて設定されているワーク座標系と、位置測定装置の座標系との関係が明らかになる。即ち、位置測定装置の座標系での座標値とワーク座標系での座標値との間で座標変換するための変換式を確定することができる。
位置測定装置は、位置測定装置の座標系でワークの測定対象箇所の座標値を取得する。座標変換装置は、前記変換式によって、測定対象箇所の座標値を、位置測定装置の座標系によるものからワーク座標系での座標値に変換する。座標変換によって得られたワークの測定対象箇所のワーク座標系における座標値は、位置測定装置に対する治具の位置のずれや、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係のずれによって影響を受けることがない。ワークの基準点とワークの測定対象箇所の相対位置関係を表している。
本発明の精度測定装置によって、「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が予め定められている基準位置関係からずれている治具を用いた場合にも、ワークの基準点とワークの測定対象箇所の相対位置関係を正確に知ることができる。
【０００９】
請求項２の発明のように、位置測定装置で測定した測定対象箇所の「位置測定装置の座標系での座標値」と、測定対象箇所のあるべき位置をワーク座標系で記述している基準座標値のいずれか一方を他方の座標系に座標変換し、測定された座標値と基準座標値の偏差を出力する装置が付加されていることが好ましい。位置測定装置の座標系に統一して偏差を計算してもよいし、ワーク座標系に統一して偏差を計算してもよい。
この場合、測定対象箇所があるべき位置と実際にある位置との偏差を得ることができる。得られた偏差からワークの形状精度を評価することでき、ワークを加工する金型等を修正する必要があるかないか等を判定することができ、修正が必要な場合には修正量と修正方向を知ることができる。
【００１０】
本発明は、ワークの精度測定方法にも具現化される。請求項３の発明は、「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」を備えた治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係を測定する工程と、治具を位置測定装置に対して相対変位不能に保持する工程と、位置測定装置によって治具の「治具位置測定用基準」を測定する工程と、治具の「ワーク位置決め用基準」にワークの「治具で位置決めされる基準」を位置決めする工程と、治具で位置決めされたワークの測定対象箇所を位置測定装置によって測定する工程と、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係と、治具の「治具位置測定用基準」を位置測定装置の座標系で測定したに基づいて、ワークの測定対象箇所を位置測定装置の座標系で測定した座標値を、ワークの「治具で位置決めされる基準」に基づいて設定されているワーク座標系での座標値に変換する工程を備えている。
【００１１】
治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係を測定する工程によって、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係を知ることができる。その治具は、位置測定装置に対して相対変位不能に保持され、位置測定装置によって「治具位置測定用基準」の位置が測定される。「治具位置測定用基準」の測定結果は、位置測定装置の座標系で得られる。ワークが治具に位置決めされて固定され、位置測定装置によってワークの測定対象箇所の位置が測定される。ワークの測定対象箇所の測定結果もまた、位置測定装置の座標系で得られる。
治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係と、治具の「治具位置測定用基準」を位置測定装置の座標系で測定した結果から、位置測定装置の座標系とワーク座標系との位置関係が明らかになり、座標変換が可能となる。ワークの測定対象箇所を位置測定装置の座標系で測定した結果は、上記にようにして求められた位置測定装置の座標系とワーク座標系の位置関係を用いて、ワーク座標系での座標値に変換される。
本発明のワークの精度測定方法によると、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が予め定められた基準位置関係に正確に製作されていない場合にも、ワークの基準点とワークの測定対象箇所の相対位置関係を正確に知ることができる。
【００１２】
ワークの測定対象箇所が実際にある位置とあるべき位置の偏差を知ることがしばしば必要とされる。ワークの測定対象箇所が実際にある位置は位置測定装置の座標系で得られる。測定対象箇所があるべき位置はワーク座標系で与えられる。両者の偏差を得るためには、統一した座標系で処理しなければならない。
その場合には、請求項４の発明のように、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係と、治具の「治具位置測定用基準」を位置測定装置の座標系で測定した結果に基づいて、ワークの測定対象箇所を位置測定装置の座標系で測定した座標値と、ワークの「治具で位置決めされる基準」に基づいて設定されているワーク座標系で測定対象箇所のあるべき位置を記述している基準座標値の座標系を統一し、両者の偏差を計算する工程を備えていることが好ましい。この場合、位置測定装置の座標系に統一して偏差を計算してもよいし、ワーク座標系に統一して偏差を計算してもよい。
偏差が出力されると、測定対象箇所の基準位置からのずれ量とずれ方向を知ることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下に説明する実施例の主要な特徴を次に列記する。
（形態１）治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の位置が精密三次元位置測定装置によって測定され、相対位置関係が既知となっている。
（形態２）治具の「治具位置測定用基準」を位置測定装置で測定した結果に基づいて、位置測定装置の座標系とワーク座標系との間で座標変換する装置は、コンピュータである。
【００１４】
【実施例】以下に、本発明のワークの精度測定装置と精度測定方法を具体化した実施例を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１に、実施例の精度測定装置２の全体を模式的に示す。本実施例の精度測定装置２は、位置測定装置４０と、治具２０と、コンピュータ６０を備えており、ワーク１０の形状に関する精度を測定する。
【００１５】
位置測定装置４０は、ベース５４を備えている。ベース５４は、精度測定作業中、移動不能に固定される。ベース５４から支柱５２が伸び、支柱５２の先端から可動アーム５０，４８，４６，４４が直列に接続されている。支柱５２とアーム５０、アーム５０とアーム４８、アーム４８とアーム４６、アーム４６とアーム４４の間は、回転可能なジョイントで接続されており、アーム５０，４８，４６，４４によって１本の多関節のアームが構成されている。アーム４４の先端には、接触センサ４２が配置されている。
位置測定装置４０が持つ座標系は直交座標系であって、ベース５４に支柱５２が固定されている位置に座標原点が定義されており、支柱５２に沿ってＣ軸が採られている。位置測定装置４０が持つ座標系をＡ，Ｂ，Ｃ座標系という。アーム５０，４８，４６，４４を接続するジョイントの回転によって、接触センサ４２はＡ，Ｂ，Ｃ方向に移動可能であり、接触センサ４２の先端の位置をＡ，Ｂ，Ｃ座標系での座標値で出力する。
コンピュータ６０は、位置測定装置４０による測定結果（Ａ，Ｂ，Ｃ座標系での座標値）を入力するほか、記憶媒体７０からＣＡＤデータをはじめとする位置に関するデータを読み込んでデータの比較や座標変換等の演算処理を行うことができる。又、位置測定装置４０による測定結果や座標変換結果等を、記憶媒体７０や他のコンピュータやプリンタに出力することもできる。
【００１６】
治具２０は、精度測定作業時に、位置測定装置４０に対して相対変位不能に保持されて用いられる。治具２０は、四角形の平板にワーク位置決め用基準が配置されて構成されている。四角形の平板の前面３２と、左側面３４と、上面３６の３面は、治具２０の位置測定用の基準面となるように、いずれも平坦度が高く互いに直交するように精度高く加工されている。
治具２０の上面３６には、ワーク位置決め用基準となる微少面積を有する３つのワーク位置決め用基準面２６，２８，３０と、２本で１対となるワーク位置決め用基準ピン２２，２４が設けられている。微少面積を有する３つのワーク位置決め用基準面２６，２８，３０は、治具２０の上面３６上に固定された３本の部材のそれぞれの上面に形成されている。ワーク位置決め基準面２６上に、ワーク１０を位置決めする正基準ピン２２が固定されており、位置決め基準面３０上に、ワーク１０を位置決めする副基準ピン２４が固定されている。正基準ピン２２と副基準ピン２４は、ワーク１０の離れた位置を位置決めできるように、離れた位置に配置されている。正基準ピン２２と副基準ピン２４の水平方向の断面は円形となっている。
【００１７】
治具２０の治具位置測定用基準面３２、３４，３６に対する、ワーク位置決め用基準面２６，２８，３０と、正基準ピン２２と副基準ピン２４の相対位置関係は、位置測定装置４０よりも正確に測定できる精密三次元位置測定装置によって予め測定されている。
即ち、基準面３２と基準面３６の交線をＤ軸、基準面３４と基準面３６の交線をＥ軸、基準面３２と基準面３４の交線をＦ軸とする直交座標系（治具座標系）において、正基準ピン２２と副基準ピン２４のＤ，Ｅ座標値と、位置決め用基準面２６，２８，３０のＦ座標値が精密に測定されている。
【００１８】
ワーク１０は、治具２０の正基準ピン２２で位置決めされる正基準穴１２と、治具２０の副基準ピン２４で位置決めされる副基準穴１４と、治具２０の位置決め用基準面２６，２８，３０で位置決めされる位置決め基準面１７，１８，１９を備えている。
ワーク１０の正基準穴１２は、治具２０の正基準ピン２２にぴったり嵌るサイズであり、治具の正基準ピン２２にワーク１０の正基準穴１２が嵌ると、両者の位置関係は一致する。治具の正基準ピン２２とワーク１０の正基準穴１２は、ワーク１０の正基準穴１２の治具座標系でのＤ，Ｅ座標値を、正基準ピン２２のＤ，Ｅ座標値に一致させる。
【００１９】
治具２０の正基準ピン２２と副基準ピン２４の位置関係が予め定められている基準位置関係からずれていても、治具２０の正基準ピン２２にワーク１０の正基準穴１２が嵌り、治具２０の副基準ピン２４にワーク１０の副基準穴１４が嵌るように、副基準穴１４は長穴状に伸び、一方向に小さなゆとりが確保されている（図４ではゆとりを著しく拡大して表示している）。ワーク１０の副基準穴１４は長穴状であり、その短径は副基準ピン２４の直径に等しい。
【００２０】
本実施例では、ワーク１０の正基準穴１２と副基準穴１４と位置決め基準面１７，１８，１９は、ワーク１０が治具２０によって位置決めされる基準であると同時に、ワーク座標系Ｇ，Ｈ，Ｉを定めている。ワーク座標系Ｇ，Ｈ，Ｉは、正基準穴１２の中心を原点とし、正基準穴１２と副基準穴１４を結ぶ線分１３からθだけ時計方向に回転した線分がＧ軸とされ、位置決め基準面１７，１８，１９で形成される面内でＧ軸に直交する方向にＨ軸がとられ、Ｇ軸とＨ軸に直交する方向にＩ軸がとられている。
【００２１】
ワーク１０の正基準穴１２が治具２０の正基準ピン２２に挿入され、ワーク１０の副基準穴１４が治具２０の副基準ピン２４に挿入され、ワーク１０の位置決め基準面１７が治具２０のワーク位置決め用基準面２６に当接し、ワーク１０の位置決め基準面１８が治具２０のワーク位置決め用基準面２８に当接し、ワーク１０の位置決め基準面１９が治具２０のワーク位置決め用基準面３０に当接すると、ワーク１０は治具２０に対して回転不能で平行移動不能に固定される。長穴状の副基準穴１４は、正基準穴１２と副基準穴１４を結ぶ線分１３の治具座標系Ｄ，Ｅ，Ｆにおける方位を決定する。即ち、ワーク１０の正基準ピン２２の回りの回転を規制して、治具座標系のＤ軸と、ワーク座標系のＧ軸がなす角度を一定に位置決めする。
治具２０の正基準ピン２２と副基準ピン２４の距離が基準距離と異なる場合、副基準ピン２４は副基準穴１４の長径方向に移動して位置決めされる。正確にいうと、正基準ピン２２と副基準ピン２４の距離が基準距離からずれていると、治具座標系のＤ軸とワーク座標系のＧ軸がなす角度が一定に位置決めされないことがある。しかしながらその角度誤差は小さく、多くの場合には無視することができる。
治具座標系のＤ軸とワーク座標系のＧ軸がなす角度が一定に位置決めされないことによる影響が無視できない場合には、治具座標系における正基準ピン２２のＤ，Ｅ座標値と、副基準ピン２４のＤ，Ｅ座標値とから、治具座標系のＤ軸とワーク座標系のＧ軸が基準角度から回転する角度を計算することができ、その角度を反映した座標変換式を求めることができる。
図５は、正基準ピン２２と副基準ピン２４が基準位置にあるときに位置決めされるワーク１０の位置と、正基準ピン２２と副基準ピン２４が基準位置からずれたときに位置決めされるワーク１０の位置を示し（添え字ａが付されている）、正基準ピン２２のＤ，Ｅ座標値と、副基準ピン２４のＤ，Ｅ座標値とから、ワーク１０が回転する角度αを幾何学的に計算できることを示している。
【００２２】
ワーク１０が治具２０によって位置決めされると、治具２０の基準面３２、３４，３６に対する位置決め用基準面２６，２８，３０と正基準ピン２２と副基準ピン２４の相対位置関係が正確に測定されているために、治具座標系Ｄ，Ｅ，Ｆと、ワーク座標系Ｇ，Ｈ，Ｉの関係が判明する。両者間で座標変換するための変換式が確定する。図４がそれを図式的に示しており、治具座標系Ｄ，Ｅ，Ｆと、ワーク座標系Ｇ，Ｈ，Ｉの関係が一意に決定される。図４の場合、図示の簡単のために、治具座標系のＦ軸とワーク座標系のＩ軸が平行であるように図示されているが、平行しなくてもかまわない。
【００２３】
図２は、ワーク１０の精度測定に先立って行われる準備処理の詳細手順を示している。本実施例では、位置測定装置４０よりも測定精度の高い精密三次元位置測定装置を用いて、治具２０の治具位置測定用基準面３２，３４，３６と、ワーク位置決め用基準２２，２４，２６，２８，３０の位置を測定して、治具座標系でのワーク位置決め用基準２２，２４，２６，２８，３０の座標値を求めておく。この測定作業では、温度湿度が制御された測定室に治具２０を静置し、精密三次元位置測定装置を用いて測定する。
ステップＳ３０では、治具位置測定用基準である治具２０の基準面３２，３４，３６の位置が精密三次元位置測定装置によって測定される。ここでは、それぞれの基準面上のできる限り離れた３点またはそれ以上の点を測定する。測定結果は、精密三次元位置測定装置が持つ座標系で得られる。それぞれの面について測定された３点の位置座標によって基準面３２，３４，３６の位置が測定される。
ステップＳ３２では、精密三次元位置測定装置によって、ワーク位置決め用基準である正基準ピン２２と副基準ピン２４の中心の座標と、位置決め基準面２６，２８，３０の座標を測定する。測定結果は、精密三次元位置測定装置が持つ座標系で得られる。
ステップＳ３４では、ステップＳ３０で得られた治具位置測定用基準面３２，３４，３６の測定結果から、精密三次元位置測定装置の座標系と、治具座標系（Ｄ，Ｅ，Ｆ）の関係を確定する。ついで、ステップＳ３２で得られたワーク位置決め用基準２２，２４，２６，２８，３０の精密三次元位置測定装置の座標系での座標値を座標変換して治具座標系での座標値に変換する。
座標変換された正基準ピン２２の治具座標系での座標値（ＤＥ面内での座標値Ｄ１、Ｅ１）と、副基準ピン２４の座標値（ＤＥ面内での座標値Ｄ２、Ｅ２）と、基準面２６の座標値（Ｆ軸方向の座標値Ｆ３）と、基準面２８の座標値（Ｆ軸方向の座標値Ｆ４）と、基準面３０の座標値（Ｆ軸方向の座標値Ｆ５）は、記憶媒体７０に記憶される。
治具位置測定用基準面３２，３４，３６に基づいて決定される治具座標系におけるワーク位置決め用基準２２，２４，２６，２８，３０の座標値は、記憶媒体７０に記憶される。
【００２４】
治具位置測定用基準面３２，３４，３６に対するワーク位置決め用基準２２，２４，２６，２８，３０の位置関係が測定され、ワーク位置決め用基準２２，２４，２６，２８，３０の治具座標系での座標値が既知の治具２０を利用して、ワーク１０の精度が測定される。その測定手順を図３に示す。
【００２５】
ステップＳ４０では、記憶媒体７０に予め記憶されている、ワーク１０のあるべき形状を示すＣＡＤデータをコンピュータ６０に読み込む。ＣＡＤデータは、ワーク１０の位置決め基準１２，１４，１７，１７，１９に基づいて設定されているワーク座標系（Ｇ，Ｈ，Ｉ）で作成されている。ワーク１０のＣＡＤデータから、測定対象箇所１６のワーク座標系（Ｇ，Ｈ，Ｉ）での基準座標値（測定対象箇所１６のあるべき位置の座標値）が読み出される。
【００２６】
ステップＳ４２では、治具２０を位置測定装置４０に対して相対移動できないように保持する。治具２０は位置測定装置４０によって位置を測定することができる範囲内に保持される。
ステップＳ４４では、位置測定装置４０によって、治具位置測定用基準である治具２０の基準面３２、３４，３６の位置を測定する。それぞれの基準面においてできる限り離れた３点以上の点を測定し、測定点の座標から基準面３２、３４，３６の位置を求める。求められた基準面３２，３４，３６の位置は、位置測定装置４０自身の持つＡ，Ｂ，Ｃ座標系での座標値で記述され、コンピュータ６０に送られる。
【００２７】
ステップＳ４６では、コンピュータ６０によって、ステップＳ４４で測定した基準面３２，３４，３６のＡ，Ｂ，Ｃ座標系での座標値と、ステップＳ３４で記憶したＤ，Ｅ，Ｆ座標系におけるワーク位置決め用基準２２，２４，２６，２８，３０の座標値（Ｄ１，Ｅ１），（Ｄ２，Ｅ２），Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５を利用し、治具２０で位置決めされるワーク１０の治具によって位置決めされる基準１２，１４，１７，１８，１９のＡ，Ｂ，Ｃ座標系での座標値を計算する。
ステップＳ４８では、治具２０で位置決めされるワーク１０のワーク座標系（Ｇ，Ｈ，Ｉ座標系）と、位置測定装置４０の座標系（Ａ，Ｂ，Ｃ座標系）間での変換式を確定する。位置測定装置４０の座標系（Ａ，Ｂ，Ｃ座標系）での治具の位置が判明しており（ステップＳ４４）、治具座標系（Ｄ，Ｅ，Ｆ座標系）でのワーク位置決め基準２２，２４，２６，２８，３０の位置が判明しており（ステップＳ３４）、その位置決め基準２２，２４，２６，２８，３０でワーク１０が位置決めされることから、ワーク座標系（Ｇ，Ｈ，Ｉ座標系）と、位置測定装置４０の座標系（Ａ，Ｂ，Ｃ座標系）の関係が一意に決定され、両者間の変換式が確定される。図４がそれを図式的に示しており、位置測定装置４０の座標系（Ａ，Ｂ，Ｃ座標系）と、ワーク座標系（Ｇ，Ｈ，Ｉ座標系）の関係が一意に決定される。図４の場合、図示の簡単化のために、位置測定装置の座標系のＣ軸とワーク座標系のＩ軸が平行であるように図示されているが、回転していてもかまわない。
【００２８】
図３のステップＳ５０では、実際のワーク１０を治具２０によって位置決めする。ワーク１０の正基準穴１２が治具２０の正基準ピン２２に挿入され、副基準穴１４が副基準ピン２４に挿入されると、ワーク１０の位置決め基準面１７が治具２０のワーク位置決め用基準面２６に当接し、位置決め基準面１８がワーク位置決め用基準面２８に当接し、位置決め基準面１９がワーク位置決め用基準面３０に当接する。治具２０によって位置決めされたワーク１０の基準穴１２，１４と基準面１７，１８，１９の位置測定装置４０の座標系（Ａ，Ｂ，Ｃ座標系）での座標値は、ステップＳ４６で求められた座標値と一致する。
【００２９】
ステップＳ５２で、位置測定装置４０によって測定対象箇所１６の位置が測定される。測定結果の座標値（Ａ１６，Ｂ１６，Ｃ１６）は、コンピュータ６０に送られる。測定結果はＡ，Ｂ，Ｃ座標系での座標値として得られており、コンピュータ６０は、ステップＳ４８で計算した座標変換式を用いて、ワーク座標系の座標値（Ｇ１６，Ｈ１６，Ｉ１６）に変換する（ステップＳ５４）。座標値（Ｇ１６，Ｈ１６，Ｉ１６）はワーク１０の正基準穴１２と副基準穴１４と基準面１７，１８，１９に対する測定対象箇所１６の相対位置関係を表している。
【００３０】
ステップＳ５６で、測定対象箇所１６の位置の精度が評価される。ここでは、ステップＳ４０で読み込まれたＣＡＤデータが示す測定対象箇所１６のあるべき位置の座標値（基準座標値）との偏差が計算されて出力される。偏差の大小からワーク１０の形状に関する精度の良否や、ワーク１０を加工した金型等の評価が行われる。即ち、修正する必要があるのか否かが判別され、修正する必要があるときには修正量と修正方向が判明する。
この実施例では、測定対象箇所１６の測定結果をワーク座標系の座標値（Ｇ１６，Ｈ１６，Ｉ１６）に変換し、測定対象箇所１６のあるべき位置をワーク座標系で記述している基準座標値と比較して偏差を計算する。その逆に、測定対象箇所１６のあるべき位置をワーク座標系で記述している基準座標値を位置測定装置の座標系に変換し、測定対象箇所１６の測定結果（位置測定装置の座標系での座標値）と比較して偏差を計算してもよい。両者は数学的に等価である。
【００３１】
ステップＳ５８では、次に精度測定を行うワークがあるか否かを判定し、測定するワークがある場合はステップＳ５０に戻って次のワークの測定を行う。測定するワークがない場合には、測定処理は終了となる。
【００３２】
本実施例におけるワークの精度測定装置と精度測定方法では、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が予め精密三次元位置測定装置によって測定されて既知となっている。位置測定装置は自身の持つ座標系で治具の「治具位置測定用基準」の位置を測定する。コンピュータは、位置測定装置に対する治具の位置と、治具上の基準点同士の相対位置関係から、治具の「ワーク位置決め用基準」によって位置決めされるワークの基準点の位置を位置測定装置の座標系で求める。ワークの基準点の位置が、位置測定装置の座標系の座標値として明らかになることから、位置測定装置の座標系での座標値をワークの基準点に基づいて設定されているワーク座標系の座標値に座標変換することが可能となる。位置測定装置が測定したワークの測定結果は、位置測定装置の座標系での座標値からワーク座標系での座標値に座標変換される。座標変換によって得られたワークの測定対象箇所の座標値は、ワーク基準点からの相対位置関係を表しており、ワーク自体の形状の評価や、ワークを加工した金型等の評価に用いられる。
本実施例の精度測定装置と測定方法によれば、「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が厳密に仕上げられていない治具によってワークを位置決めした場合でも、治具の基準同士のずれに影響を受けずにワークの精度評価を行うことができる。
【００３３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、治具の治具位置測定用基準は面で構成されるだけでなく、２個以上の位置決め穴や位置決めピンを利用して形成することができる。又、３次元の位置測定装置は、接触式の測定装置に代えて、ＣＣＤカメラを用いた位置測定装置や、レーザ変位計を用いた位置測定装置を用いることもできる。
治具とワークの位置決め方法は、治具に対するワークの平行移動と回転移動を拘束することができ、位置測定装置による測定に支障がなければ、位置決め基準の位置や形状は任意に設定することができる。また、測定対象箇所には制約がなく、例えば測定対象品の輪郭に測定対象箇所をおけば、ワークの輪郭の精度を測定することもできる。
【００３４】
【発明の効果】本願発明のワークの精度測定装置と精度測定方法によると、ワークを位置測定装置に対して位置決めするための治具に要求される精度を緩和することができ、安価に短時間で製作できる治具を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の精度測定装置の全体斜視図。
【図２】実施例の準備段階でする処理手順図。
【図３】実施例の測定段階でする処理手順図。
【図４】位置測定装置の座標系と、治具座標系と、ワーク座標系の関係を模式的に示す図。
【図５】治具に対してワークが回転するときの回転角を説明する図。
【符号の説明】
１０：ワーク
１２，１４：位置決め基準穴
１６：測定対象箇所
１７，１８，１９：位置決め基準面
２０：治具
２２，２４：ワーク位置決め用基準ピン
２６，２８，３０：ワーク位置決め用基準面
３２，３４，３６：治具位置測定用基準面
４０：位置測定装置
６０：コンピュータ
７０：記憶媒体
Claims (4)
- 「位置測定装置の座標系」で位置を測定する位置測定装置と、
「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」を備え、「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が既知の治具と、
位置測定装置に対して相対変位不能に保持された治具の「治具位置測定用基準」を位置測定装置で測定した結果に基づいて、治具の「ワーク位置決め用基準」でワークの「治具で位置決めされる基準」を位置決めしたワークの測定対象箇所を位置測定装置で測定した「位置測定装置の座標系での座標値」と、ワークの「治具で位置決めされる基準」に基づいて設定されている「ワーク座標系での座標値」との間で座標変換する装置と、
を備えているワークの精度測定装置。 - 位置測定装置で測定した測定対象箇所の「位置測定装置の座標系での座標値」と、測定対象箇所のあるべき位置をワーク座標系で記述している基準座標値のいずれか一方を他方の座標系に座標変換し、測定された座標値と基準座標値の偏差を出力する装置が付加されている請求項１の精度測定装置。
- 「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」を備えた治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係を測定する工程と、
治具を位置測定装置に対して相対変位不能に保持する工程と、
位置測定装置によって治具の「治具位置測定用基準」を測定する工程と、
治具の「ワーク位置決め用基準」にワークの「治具で位置決めされる基準」を位置決めする工程と、
治具で位置決めされたワークの測定対象箇所を位置測定装置によって測定する工程と、
治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係と、治具の「治具位置測定用基準」を位置測定装置の座標系で測定した結果に基づいて、ワークの測定対象箇所を位置測定装置の座標系で測定した座標値を、ワークの「治具で位置決めされる基準」に基づいて設定されているワーク座標系での座標値に変換する工程と、
を備えているワークの精度測定方法。 - 「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」を備えた治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係を測定する工程と、
治具を位置測定装置に対して相対変位不能に保持する工程と、
位置測定装置によって治具の「治具位置測定用基準」を測定する工程と、
治具の「ワーク位置決め用基準」にワークの「治具で位置決めされる基準」を位置決めする工程と、
治具で位置決めされたワークの測定対象箇所を位置測定装置によって測定する工程と、
治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係と、治具の「治具位置測定用基準」を位置測定装置の座標系で測定した結果に基づいて、ワークの測定対象箇所を位置測定装置の座標系で測定した座標値と、ワークの「治具で位置決めされる基準」に基づいて設定されているワーク座標系で測定対象箇所のあるべき位置を記述している基準座標値の座標系を統一し、両者の偏差を計算する工程と、
計算された偏差を出力する工程が付加されている精度測定方法。
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