JP2005083918A - 形状測定装置、形状測定方法、形状解析装置、形状解析プログラムおよび記録媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 直定規21と被測定物5の辺とを組合せてそ互いの間隔を測定した測定データを取得する測定部2と、参照直線Rから直定規21および被測定物5の辺までの距離を表す形状示数と、被測定物5の内角および直定規21が構成する角を表す角度示数θとが設定された示数設定部と、測定データに基づいて直定規21と被測定物5の辺とで構成される組についての連立式を導出する連立式導出部と、導出された連立式を解く連立式演算部とを備えている。
【選択図】 図6
Description
各辺の真直度は、例えば、直定規に沿って移動する検出器(電気マイクロメータ等)によって測定対象辺を走査して、真直基準となる直定規からのずれに基づいて真直度を測定していた。一方、直角度は、互いに直角に配置された基準定規の内側に4直角スコヤを配置して基準定規と4直角スコヤの各辺との距離を測定して直角度を測定していた(特許文献1)。
しかしながら、上記のようにある基準からのずれに基づいた測定によると、測定時において基準と被測定物との配置姿勢がずれていたり、基準に加工誤差があったりすると、このようなずれが測定結果に含まれることになるので高精度な測定を期待できないという問題が生じる。
三面合わせ法は、三つの棒状の被測定物(AとBとC)を組み合わせてできる三組(AとB、BとC、CとA)について、各組(例えばAとB)を対向させて測定面間距離を複数点にて測定する。この測定面間距離の測定を各組で行って、三組の被測定物対に成立する連立方程式を解く。すると、仮想基準線からのずれとして各被測定物の真直度が算出される。このようにすると、基準定規の加工誤差や、基準定規と被測定物との配置姿勢等に影響されずに真直度の評価が可能となる利点がある。
示数設定部で設定された形状示数および角度示数と取得された測定データとを用い、連立式導出部において連立式が導出される。このとき、直定規から被測定物の辺までの距離の関係に加えて、二本の直定規と被測定物の内角との関係も加味した連立式が立てられる。連立式演算部によってこれらの連立式が演算処理されて、被測定物の形状示数および角度示数が算出される。なお、このような連立方程式の計算は行列を利用すれば、簡便な計算で完了する。
各サンプリング点での形状示数を算出することができるので、単なる真直度の評価にとどまらず被測定物の各辺の表面凹凸まで求めることができる。さらに、被測定物の内角を角度示数として算出することができるので、被測定物の各辺の真直度に加えて被測定物の内角まで求めることができる。
二本の直定規と被測定物の各辺とを対にしてその間隔を測定できれば演算処理を行うことができるので、原則として平面多面体であればどんな形状でも辺の形状や内角の大きさを測定することができる。
このような構成によれば、請求項1に記載の発明と同様の作用効果を奏することができる。
第1の直定規と第1辺との間隔および第2の直定規と第2辺との間隔が測定されたところで、組合せ変更工程において、第1の直定規および第2の直定規の姿勢はそのままの状態で被測定物がローテーションされて直定規と辺との組み合わせが変更される。例えば、第1の直定規に対しては第2辺が対向し、第2の直定規に対しては第3辺が対向して配置されたとする。そして、この組み合わせで直定規と辺との間隔が測定されて測定データが取得される。以後、被測定物がローテーションされて直定規と被測定物の辺との組み合わせが変更され、すべての可能な組み合わせについて直定規と被測定物のとの距離が測定される。
このような構成によれば、請求項1に記載の発明に同様の作用効果を奏することができる。
図1に、本発明の形状測定装置に係る一実施形態の構成を示す。
この形状測定装置1は、二本の直定規21、22を有するとともに直定規21、22と被測定物5の辺(51〜54)との間隔mを異なる組み合わせにおいて複数点で測定した測定データを取得する測定部2と、取得した測定データを演算処理して被測定物形状を解析する解析部(形状解析装置)3と、解析結果を出力する出力部4を備えて構成されている。
測定部2は、互いの延長線が所定の角度をなす状態に配置された二本の直定規21、22と、これら直定規21、22のそれぞれに辺(51〜54)を対向させて配置された被測定物5と直定規21、22との間の間隔を所定の複数点で測定する測長センサ24と、測長センサ24を直定規21、22の長手方向に沿って移動させる移動機構(不図示)と、を備えている。
直定規21、22は、被測定物5の辺に対して対向配置されたときに被測定物5の辺(51〜54)上の点に向き合う対応点を有することが必要であり、少なくとも被測定物5の最長辺に同等以上の長さを有する。
ここで、一方の直定規を第1直定規21とし、他方の直定規を第2直定規22とする。
測長センサ24は、直定規21、22の長手方向に移動可能に設けられた本体筒部(本体部)25と、本体筒部25から互いに反対方向に進退可能に設けられた第1スピンドル26および第2スピンドル27と、第1スピンドル26および第2スピンドル27の進退量を検出する検出部(不図示)と、を備えている。第1スピンドル26および第2スピンドル27の先端には対象物に当接する接触子261、271が設けられている。
二本の直定規21、22に辺(51〜54)を対向させて被測定物5を配置したとき、測長センサ24は、直定規21、22と被測定物5との間で第1スピンドル26を直定規21(22)に向け、第2スピンドル27を被測定物5に向けて配置される。測長センサ24が直定規21、22に沿って移動すると、直定規21、22の表面凹凸および被測定物5の表面凹凸に応じて第1スピンドル26および第2スピンドル27が進退され、第1スピンドル26および第2スピンドルの進退量の総和から直定規21、22と被測定物5の辺(51〜54)との距離mが検出される。
被測定物5の各辺(51〜54)および直定規21、22の形状を示す形状示数(L1、L2、S1、S2、S3、S4・・)の設定について説明する。
被測定物5の各辺(51〜54)の被検面および各直定規21、22の被検面は凹凸を有しているところ、図6に示されるように、このような被検面を直線回帰する参照直線(R1〜R6)を仮想的に設定する。さらに、仮想的に設定された参照直線(R1〜R6)から被検面までの残差(距離)を形状示数として設定する。参照直線R1〜R6としては最小自乗直線とすることが例示される。
また、被測定物5の第1辺51について参照直線R3からの残差をS1で表し、サンプリング点(xi)における残差を形状示数S1(xi)で表す。同様に、被測定物5の第2辺52、第3辺53、第4辺54・・・について参照直線(R4〜R6)からの残差を形状示数S2(xi)、S3(xi)、S4(xi)・・・として表す。
これら形状示数(L1、L2、S1、S2、S3、S4・・・)によって被測定物5の各辺(51〜54)および直定規21、22の被検面の凹凸が参照直線(R1〜R6)からの凹凸として表されることになる。
被測定物5である多角形(例えばn角形)の各内角(55〜58)は180×(n−2)/nからずれているところ、これらの内角(55〜58)が正多角形(正n角形)の内角からずれた角度を角度示数として設定する。例えば、被測定物5の平面多角形について内角を第1角55、第2角56、第3角57、第4角58・・とすると、それぞれの角が180×(n−2)/nからずれている角度を角度示数α、β、γ、δ・・として設定する。なお、被測定物5の内角(55〜58)の角度は各辺(51〜54)の参照直線(R3〜R6)がなす角として規定される。例として、被測定物5が4直角スコヤであった場合、角度示数は90°からのずれとして設定される。すなわち、4直角スコヤの内角は、第1角(55)が90°+α、第2角(56)が90°+β、第3角(57)が90°+γ、第4角(58)が90°+δで表される。
また、二本の直定規21、22が設置された姿勢を表す示数を被測定物5の内角にあわせて180×(n−2)/nからのずれとして表し、二本の直定規21、22の参照直線R1、R2がなす角が180×(n−2)/nからずれている角度を角度示数θとして表す。
これら角度示数(α、β、γ、δ、・・)によって被測定物5の内角(55〜58)が表される。
直定規21、22の参照直線R1、R2と被測定物5の各辺(51〜54)の参照直線R3〜R6との距離をDで表し、例えば、第1直定規21の参照直線R1と被測定物5の第1辺(51)の参照直線R1との距離をD11で表す。すると、第1直定規21と被測定物5の第1辺51との間には次の式が成立する。
算出された各示数は、出力部4に出力される。出力部4としては、演算処理結果を表示または印刷できるモニタやプリンタ等の外部出力機器が例として挙げられる。
測定部2において直定規21、22と被測定物5の辺51〜54との間隔mを測定した測定データを取得する(測定工程)。二本の直定規21、22の延長線が所定角度をなす状態に配置し、さらに、直定規21、22のそれぞれと被測定物5の辺とが略平行に対向する状態に被測定物5を配置する。例えば、4直角スコヤの辺を第1辺51、第2辺52、第3辺53および第4辺54としたとき、第1直定規21に対向して第1辺51が配置され、第2直定規22に対向して第2辺52が配置されたとする。直定規21、22と辺51、52との平行度は厳密でなくてもよく、直定規21、22と辺51、52との間隔が測長センサ24の測定レンジに収まっていればよい。
例えば、サンプリング点の座標を直定規21、22に沿って直定規の一端から順にx0、x1、x2・・xi・・xnと規定して、第1直定規21と第1辺51との間隔の測定データをm11として表すと、第1定規21と第1辺51との間隔がm11(x0)、m11(x1)、m11(x2)・・m11(xi)・・m11(xn)として測定される(例えば、図3参照)。
そして、この組み合わせで直定規21、22と辺52、53との間隔m12、m23を測定して測定データを取得する。以後、被測定物5をローテーションさせて直定規21、22と被測定物5の辺51〜54との組み合わせ換え、すべての可能な組み合わせについて直定規21、22と被測定物5の辺51〜54との距離を測長センサ24で測定する(例えば、図3参照)。
このようにして得られた測定データは、解析部3に送られ測定データ記憶部31に記憶される(図2、3参照)。
また、被測定物5の角度示数α、β、γ、δ・・によって被測定物5の各内角(55〜58)について180×(n−2)/nからのずれが求められる。例えば、被測定物が4直角スコヤであれば、各内角が90°からずれている量が得られる。
加えて、直定規21、22の形状示数L1(xi)、L2(xi)によって直定規21、22の真直度を始めとする形状に関する情報が得られる。
(1)真直度が未知の直定規21、22から被測定物5の辺51〜54までの距離を測定した測定データを演算処理することによって被測定物5の形状を求めることができる。したがって、直定規21、22の精度に関係なく演算によって精密に被測定物5の形状測定を行うことができる。
(3)被測定物5の内角を角度示数(α、β、・・)として算出することができるので、被測定物5の各辺(51〜54)の真直度に加えて被測定物5の内角(55〜58)まで求めることができる。
平面多角形の被測定物5として4直角スコヤを例に説明したが、本発明の形状測定装置(形状測定方法)は、二本の直定規21、22との間隔を測定できれば種々の平面多角形状に適用できる。つまり、二本の直定規21、22で構成される角度のうち小さい角度側に被測定物5を配置したときに、直定規21、22と被測定物5の辺(51〜54)との間隔が測長センサ24の測定レンジに入ることが必要である。このとき、直定規21、22の姿勢はそのままで被測定物5をローテーションさせたときに直定規21、22と被測定物5の辺(51〜54)との総ての組で間隔が測定レンジに収まることが必要である。よって、例えば、内角が180°以上の凹角を有する凹多面体などは被測定物5としてはあまり好ましくはないと考えられる。
また、連立方程式を立てるためには、ある組合わせで直定規21、22と被測定物5の辺51〜54との間隔を測定した測定データが、他の組で直定規21、22と被測定物5の辺51〜54との間隔を測定した測定データに対応して存在していることが必要であるので、各組で対応する測定データが存在する程度に被測定物5の各辺(51〜54)の長さが揃っていることが好ましい。
被測定物の辺の真直度を測定する場合には複数(例えば3点以上)のサンプリング点が必要であるが、単に被測定物の内角を測定するだけであれば、複数点の測定データは必ずしも必要ではなく、直定規21、22と被測定物5の辺51〜54との各組について二つずつあればよい。
Claims (7)
- 二本の直定規を有するとともに、これら直定規と平面多角形である被測定物の辺とを対向する状態に組み合わせて互いの間隔を複数のサンプリング点で測定した測定データを取得する測定部と、
前記被測定物の各辺および前記直定規にそれぞれ設定された参照直線から前記直定規および被測定物の各辺までの距離を各サンプリング点において表す形状示数、および、前記被測定物の内角および前記直定規が構成する角を表す角度示数が設定された示数設定部と、
前記直定規から前記被測定物の辺までの距離がこの直定規の参照直線から被測定物の辺の参照直線までの距離に前記形状示数を加えた値に等しいとするとともに、二つの前記直定規の各参照直線がなす角と被測定物の各内角とを用いて、一方の前記直定規と前記被測定物の一辺との関係は他方の前記直定規と前記被測定物の他辺との関係によって表されるとして、前記直定規と前記被測定物の各辺とで構成される組についての連立式を導出する連立式導出部と、
導出された前記連立式を解く連立式演算部と、を備えている
ことを特徴とする形状測定装置。 - 請求項1に記載の形状測定装置において、
前記測定部は、前記直定規と前記被測定物の辺との間の間隔を測定する測長センサを有し、
前記測長センサは、二つの前記直定規のそれぞれに辺を対向させて配置された被測定物とこれら直定規との間で前記直定規の長手方向に移動可能に設けられた本体部と、
前記直定規とこの直定規に対向する被測定物の辺とを最短で結ぶ方向で前記本体部から互いに反対に向けて進退可能に設けられた第1スピンドルおよび第2スピンドルと、
第1スピンドルおよび第2スピンドルの進退量を検出する検出部と、を備えている
ことを特徴とする形状測定装置。 - 二本の直定規を有するとともにこれら直定規と平面多角形である被測定物の辺とを対向する状態に組み合わせて互いの間隔を複数のサンプリング点で測定した測定データを取得する測定工程と、
前記被測定物の各辺および前記直定規にそれぞれ設定された参照直線から前記直定規および被測定物の各辺までの距離を各サンプリング点において表す形状示数、および、前記被測定物の内角および前記直定規が構成する角を表す角度示数が設定された示数設定工程と、
前記直定規から前記被測定物の辺までの距離がこの直定規の参照直線から被測定物の辺の参照直線までの距離に前記形状示数を加えた値に等しいとするとともに、二つの前記直定規の各参照直線がなす角と被測定物の各内角とを用いて、一方の前記直定規と前記被測定物の一辺との関係は他方の前記直定規と前記被測定物の他辺との関係によって表されるとして、前記直定規と前記被測定物の各辺とで構成される組についての連立式を導出する連立式導出工程と、
導出された前記連立式を解く連立式演算工程と、を備えている
ことを特徴とする形状測定方法。 - 請求項3に記載の形状測定方法において、
前記測定工程は、二本の前記直定規の延長線が所定角度をなす状態に配置された前記直定規のそれぞれに被測定物の辺を略平行に対向させた状態で、一方の直定規と被測定物の一辺との間隔および他方の直定規と被測定物の他辺との間隔を測定する間隔測定工程と、
二つの前記直定規の姿勢はそのままで被測定物をローテーションさせて前記直定規と前記被測定物の辺との組み合わせを換える組合せ変更工程と、を備える
ことを特徴とする形状測定方法。 - 二本の直定規を有するとともにこれら直定規と平面多角形である被測定物の辺とを対向する状態に組み合わせて互いの間隔を複数のサンプリング点で測定した測定データを解析して前記被測定物形状を求める形状解析装置であって、
前記被測定物の各辺および前記直定規にそれぞれ設定された参照直線から前記直定規および被測定物の各辺までの距離を各サンプリング点において表す形状示数、および、前記被測定物の内角および前記直定規が構成する角を表す角度示数が設定された示数設定部と、
前記直定規から前記被測定物の辺までの距離がこの直定規の参照直線から被測定物の辺の参照直線までの距離に前記形状示数を加えた値に等しいとするとともに、二つの前記直定規の各参照直線がなす角と被測定物の各内角とを用いて、一方の前記直定規と前記被測定物の一辺との関係は他方の前記直定規と前記被測定物の他辺との関係によって表されるとして、前記直定規と前記被測定物の各辺とで構成されるすべての組についての連立式を導出する連立式導出部と、
導出された前記連立式を解く連立式演算部と、を備えている
ことを特徴とする形状解析装置。 - 二本の直定規を有するとともにこれら直定規と平面多角形である被測定物の辺とを対向する状態に組み合わせて互いの間隔を複数のサンプリング点で測定した測定データを解析して前記被測定物形状を求める形状解析装置に組み込まれたコンピュータを、
前記被測定物の各辺および前記直定規にそれぞれ設定された参照直線から前記直定規および被測定物の各辺までの距離を各サンプリング点において表す形状示数、および、前記被測定物の内角および前記直定規が構成する角を表す角度示数が設定された示数設定部と、
前記直定規から前記被測定物の辺までの距離がこの直定規の参照直線から被測定物の辺の参照直線までの距離に前記形状示数を加えた値に等しいとするとともに、二つの前記直定規の各参照直線がなす角と被測定物の各内角とを用いて、一方の前記直定規と前記被測定物の一辺との関係は他方の前記直定規と前記被測定物の他辺との関係によって表されるとして、前記直定規と前記被測定物の各辺とで構成される組についての連立式を導出する連立式導出部と、
導出された前記連立式を解く連立式演算部と、して機能させる
ことを特徴としたコンピュータ読取可能な形状解析プログラム。 - 請求項6に記載の形状解析プログラムを記録したことを特徴としたコンピュータ読取可能な記録媒体。
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