JP2008256462A - 形状データの画像表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業者が機上計測されたワークの被計側面の面状態を常に認識することができ、計測データに反映される機械の異常やワークの異常を瞬時に把握することができ、加工の信頼性を高めることができる形状データの画像表示方法を提供する。
【解決手段】ワーク４の被計測面４ａの形状をプローブ８で機上計測し、計測された形状データに基づいて被計測面４ａの形状を画面上で表示する形状データの画像表示方法において、被計測面４ａの形状データを取得するために、被計測面４ａ上でプローブ８を相対的に移動させながら、被計測面４ａ上の多数の計測位置をプローブ８で計測することと、計測により取得された形状データに基づいて、被計測面４ａの形状をリアルタイムで表示することと、を備える。隣接する不連続の形状データを曲線補間することにより、連続した形状データを算出し、被計測面４ａを３次元曲面で画像表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ワークの被計測面の面形状をプローブで機上計測し、計測された形状データに基づいて被計測面の面形状を画面上で表示する形状データの画像表示方法に関するものである。

一般に、ワークの被計測面の面形状を接触式のプローブで機上計測し、計測された形状データに基づいて被計測面の面形状を表示する形状データの画像表示方法の一例として、特許文献１に開示されている方法がある。この方法は、被計測面の形状データを点群形態の離散データとして取得し、取得した形状データに基づいてスプライン補間又は直交多項式表現の変換を行い、ワークのＸ−Ｙ直交２軸の座標位置における被計測面の高さＺを求める方法である。

形状データは、プローブをワークの被計測面上でＸ軸方向及びＹ軸方向に直線動作させたときの、Ｘ−Ｙ直交２軸の座標位置に対応するＺ軸方向の高さデータとして取得される。すなわち、プローブは、被計測面に対して所定の接触圧力で接触した状態のままＸ軸方向又はＹ軸方向に連続的に移動し、所定のタイミングでＸ−Ｙ直交２軸の座標位置におけるプローブのＺ方向変位を計測することで３次元の形状データ（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を取得する。

不連続な離散データとして取得された形状データは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向で曲線補間され、ＣＡＤにより滑らかな３次元曲面が作成される。ＣＡＤデータはＣＡＭデータに変換され、所定の切り込みで溝加工を行うダイヤモンド工具のツールパスが決定される。

特開２００５−６３０７４号公報

従来の方法では、機上計測されたワークの形状データは、データファイルとして保存されると共に、形状解析ソフトウェアによってＣＡＤデータに変換される。例えば、ＣＡＤデータは、理想的なワークのＣＡＤデータと比較され、さらに、ダイヤモンド工具などによりワークを理想的な形状に仕上げるためのＣＡＭデータが算出されるようになっている。このような、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムは、高精度で高能率にワークを所定形状に加工することができるシステムとして用いられている。

しかしながら、従来の方法では、機械の故障、機械の振動、工具の損傷などの外乱によりワークの形状に異常がある場合や、ワークの固定方法が不完全であるためにワークが傾いている場合や、ワークに切り屑などが付着している場合などで、計測された形状データに異常がある場合に、作業者がこれらの異常を認識することができないまま、次の加工が連続して行われるという問題があった。計測や次に行われる加工を途中で中断したり、修正することができないため、高価な製品を無駄にしたり、加工生産ラインの生産性を低下させたりすることがあった。

本発明は、作業者が機上計測されたワークの被計側面の面状態を常に認識することができ、計測データに反映される機械の異常やワークの異常を瞬時に把握することができ、加工の信頼性を高めることができる形状データの画像表示方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の形状データの画像表示方法は、ワークの被計測面の面形状をプローブで機上計測し、計測された形状データに基づいて前記被計測面の面形状を画面上で表示するワーク形状の機上表示方法において、前記被計測面の前記形状データを取得するために、前記被計測面上で前記プローブを相対的に移動させながら、前記被計測面上の多数の計測位置を前記プローブで計測することと、計測により取得された前記形状データに基づいて、前記被計測面の面形状をリアルタイムで表示することと、を備えたことを特徴とする。

また、請求項２の発明は、請求項１に記載の形状データの画像表示方法において、前記ワークの前記形状データから、連続した形状データを数学的演算方法により算出し、算出された前記連続した形状データに基づいて前記被計測面の面形状を表示することを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項２に記載の形状データの画像表示方法において、隣接する不連続の前記形状データの間を曲線補間することにより、前記連続した形状データを算出することを特徴とする。

また、請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の形状データの画像表示方法において、前記プローブを前記被計測面に該プローブの軸方向から所定の接触圧力で接触させながら、前記プローブを前記軸方向と直交する方向に相対移動させつつ、前記プローブが前記ワークの前記被計測面に沿って移動するように前記プローブの軸方向に平行な直線軸を相対移動させることで、前記被計測面の面形状を計測することを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の形状データの画像表示方法において、前記プローブの前記変位データと前記プローブの軸方向に平行な直線軸座標の合計の数値の大小を明度の強弱で表示し、前記変位データの数値の最も大きい部分の前記明度を高くし、前記変位データの前記数値の最も大きい部分から数値が小さくなるしたがい前記明度を漸次低くすることを特徴とする。

以上の如く、請求項１記載の発明によれば、被計測面上でプローブを相対的に移動させながら、被計測面上の多数の計測位置をプローブで計測して被計測面の形状データを取得し、取得された形状データに基づいて、被計測面の面形状をリアルタイムで表示することにより、計測と同時にワークの被計測面の面状態を認識することができる。したがって、計測データに反映される機械の異常やワークの異常を瞬時に把握することができ、加工の信頼性を高めることができる。

また、請求項２記載の発明によれば、所定の計測位置で計測された不連続な多数の形状データを連続的な形状データとして算出することができる。このため、形状データを２次元化又は３次元化することができる。

また、請求項３記載の発明によれば、曲線補間により被計測面を滑らかな曲線又は曲面で表示することができる。

また、請求項４記載の発明によれば、被計測面上の互いに直交する３軸の座標系で表される３次元の位置座標に、プローブの軸方向の変位データを加算することにより被系側面の形状データを取得することができる。

また、請求項５記載の発明によれば、プローブの変位データの数値の大小を明度の強弱で表示することで、２次元的に表示された多数の計測パスから被計測面の凹凸を含むうねりの状態を知ることができる。

以下に本発明の実施の形態の具体例を図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明に係る形状データの画像表示方法を実施するための加工システムの一実施形態を示すものである。

この加工システムは、測定対象物であるワーク４を保持している工作機械１と、ワーク４の被計測面４ａに接触するプローブ８を有する計測器２と、計測器２で計測された多数の計測データに基づいて被計測面４ａの面状態（うねりなど）を表示する画像表示装置３とを備えており、ワーク４の被計測面４ａの計測と同時に被計測面４ａの面状態をリアルタイムで認識する画像表示方法の実施に適用されるものである。

本実施形態の工作機械１は、いわゆる横型の工作機械として示されているが、その形態は特に制限されるものではなく、互いに直交する３軸方向に直線移動可能な工作機械として提供されている。図１に示す工作機械１では、便宜上、上下方向をＹ軸方向とし、Ｙ軸直交する左右方向をＺ軸方向とし、Ｙ軸及びＺ軸に直交する方向をＸ軸方向と定めている。この工作機械１の主要構成部分は、Ｘ軸方向に移動可能なコの字の形状をもつブロック９と、Ｚ軸方向に移動可能な下部ブロック５と、Ｙ軸方向に移動可能な上部ブロック６と、Ｚ軸と平行な方向に回転軸を有する図示しない主軸ブロックとを備えている。図示しない主軸ブロックは、計測器２に相当する位置に配置されており、主軸ブロックにはワーク４の被計測面４ａを形成する回転工具が着脱自在に取り付けられるようになっている。

測定対象物であるワーク４は、被計測面４ａが計測器２のプローブ８に対向して位置するように、上部ブロック６の端部で横向きに保持されている。ワーク４の被計測面４ａは、例えば、ボールエンドミルなどの回転工具により、所定の形状に加工された加工面である。ワーク４は工作機械１から外されることなく、加工面としての被計測面４ａの形状が機上でプローブ８により計測され、ＣＡＤ／ＣＡＭシステムにより新たな加工データが求められるようになっている。

計測器２は、レーザ光の反射鏡での反射により生じる干渉縞の強度を距離データに変換する装置（図示せず）と、ルビー製の接触子（スタイラス）８ａを有するプローブ８とを有している。接触子８ａは、Ｚ軸方向（接触子８ａの軸方向）にのみ変位可能になっている。接触子８ａの変位は、レーザ光の干渉縞の強度が電気信号に変換されるようになっている。これにより、接触子８ａが被計測面４ａに所定の接触圧力で接触した状態で、ワーク４をＺ軸に直交する垂直面（Ｘ−Ｙ平面）内およびＺ軸方向に移動させることで、被計測面４ａの凹凸やうねりが接触子８ａの変位とＺ軸方向の座標の合計として計測されるようになっている。Ｚ軸方向の移動はワークの加工パスと同様の移動であり、プローブ８では、加工パスと実際の形状との微細な誤差を接触子８ａの変位として計測する。

プローブ８による計測方法は、本実施形態に制限されるものではないが、計測方法の一例を、図２〜図４を参照して説明する。図２及び図４では、プローブ８に対するワーク４の３次元座標系が示されている。図において、ワーク４の上面１２及び下面１３がＹ軸方向に向けて配置され、ワーク４の左右側面１４，１５がＸ軸方向に向けて配置され、ワーク４の端面である被計測面４ａがＺ軸方向に向けて配置されている。

プローブ８による被計測面４ａの計測では、プローブ８がワーク４の被計測面４ａに対してＸ軸方向に相対的に移動するように、工作機械１がワーク４をＸ軸方向に移動させる。すなわち、プローブ８が被計測面４ａの長手方向の一側から他側までＸ軸方向に相対的に１パス走査するように、工作機械１がＸ軸であるブロック９をＸ軸方向に移動させる。

図３の計測方法のフローチャートに示されているように、ステップＳ１により、プローブ８とワーク４の相対的な位置関係が設定された後、工作機械１上でのワーク４の被計測面４ａの計測を開始する。

ステップＳ２により、計測位置における直線軸の位置データと、機上計測器２のプローブ８のＺ軸方向の変位データを取得し、両データを加算して計測データを求める。すなわち、１パスの計測データとして、所定時間間隔で計測された不連続な計測データを取得する。

次に、ステップＳ３により、位置データとプローブ８の変位データとから３次元の計測データを取得する。すなわち、プローブ８の１パス走査後、ワーク４を所定のピッチだけＹ軸方向にずらし、再びプローブ８が被計測面４ａの長手方向の一側から他側までＸ軸方向に相対的に１パス走査するように、ブロック９をＸ軸方向に移動させる。ワーク４の板厚方向、すなわちＹ方向で同様の計測を繰り返し行い、被計測面４ａの計測データを得る。このようにして取得された計測データは、被計測面４ａのＸ軸方向だけでなくＹ軸方向でも不連続な計測データとして取得される。

続いて、ステップＳ４により、不連続な計測データをもとにして数学的な演算を行い、連続的な形状データを取得する。すなわち、曲線補間の例が図６に示されているように、隣接する不連続の計測データの間が曲線１７で補間されることにより、連続した３次元の形状データが得られるようになっている。図６においては、白抜きの丸で示される多数の離散的データ２０が滑らかに接続されていることがわかる。

最後に、ステップＳ５により、連続した形状データをもとにリアルタイムで被計測面４ａの３次元形状をディスプレイ１６に表示する。図５，７及び８は、被計測面４ａの３次元形状をそれぞれ示したものである。各図の説明については後述する。

画像表示装置３は、プローブ８により計測された被計測面４ａの計測データを記憶する記憶手段と、不連続な計測データ間を補間する算出手段と、被計測面４ａの形状を画像で表示するディスプレイ１６とを備えている。算出出段は、記憶手段で記憶された多数の計測データに基づき、２次元の曲線１７を算出すると共に、３次元の曲面２２を算出する。ディスプレイ１６により、２次元の曲線１７を図５で示すように表示すると共に、３次元の曲面２２を図７及び８で示すように表示する。

図５では、３次元の曲面を平面的に見た図が示されている。図において、紙面はＸ−Ｙ平面を表し、紙面に垂直な方向はＺ方向を表している。図示するように、互いに平行な各パスの曲線１７では、プローブ８のＺ方向の変位と工作機械のＺ軸方向座標の合計の大きさが明度の強弱で示されている。明度の高い中央部分１８ａではプローブ８のＺ方向と工作機械のＺ軸方向座標の合計が大きく、明度の低い両側部分１８ｂ，１８ｃではプローブ８のＺ方向の変位と工作機械のＺ軸方向座標の合計が小さいことを表している。これにより、被計測面４ａのうねりの状態を画像で表示することができる。

図７は、算出手段によって算出された曲線２２を立体的なワイヤーフレーム形式（線形式）で表示した図である。この図では、被計測面４ａのうねりの状態が明度の強弱ではなく、立体的な画像により表示されている。図８は、立体的なうねりをより一層見やすく表現するために、３次元曲面２２をソリッド形式（面形式）で表示したものである。

以上により、本実施形態の形状データの画像表示方法によれば、被計測面４ａ上でプローブ８を相対的に移動させながら、被計測面４ａ上の多数の計測位置をプローブ８で計測して被計測面４ａの計測データを取得し、取得された計測データに基づいて、被計測面４ａの面形状を画像表示装置３でリアルタイムで表示することにより、計測と同時にワーク４の被計測面４ａの状態を認識することができる。このため、計測データに反映される機械１の異常やワーク４の異常を瞬時に把握することができ、加工の信頼性を高めることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

本発明に係る形状データの画像表示方法を実施するための加工システムの一実施形態を示す正面図である。 図１の工作機械に取り付けられたワークの直交３軸の座標系とプローブの１軸の座標系を示す説明図である。 図１の加工システムで実施する画像表示方法を説明するフローチャートである。 計測対象面を有するワークの斜視図である。 図４に示す計測対象面の面状態を多数の２次元的な直線で示すと共に、高さ方向の変位（紙面に垂直な方向であるＺ方向の変位）の高低を明度の強弱で区別して表示した説明図である。 プローブにより計測された不連続な多数の計測データ（点データ）が曲線補間されることにより得られた滑らかな曲線を示す説明図である。 計測対象面の面状態を３次元的に示した説明図である。 計測対象面の面状態を３次元曲面で示す説明図である。

符号の説明

１ 工作機械
２ 計測器
３ 画像表示装置
４ ワーク
４ａ 被計測面
８ プローブ
１６ ディスプレイ

Claims (5)

1. ワークの被計測面の面形状をプローブで機上計測し、計測された形状データに基づいて前記被計測面の面形状を画面上で表示する形状データの画像表示方法において、
   前記被計測面の前記形状データを取得するために、前記被計測面上で前記プローブを相対的に移動させながら、前記被計測面上の多数の計測位置を前記プローブで計測することと、
   計測により取得された前記形状データに基づいて、前記被計測面の面形状をリアルタイムで表示することと、
   を備えたことを特徴とする形状データの画像表示方法。
2. 前記ワークの前記形状データから、連続した形状データを数学的演算方法により算出し、算出された前記連続した形状データに基づいて前記被計測面の面形状を表示することを特徴とする請求項１に記載の形状データの画像表示方法。
3. 隣接する不連続の前記形状データの間を曲線補間することにより、前記連続した形状データを算出することを特徴とする請求項２に記載の形状データの画像表示方法。
4. 前記プローブを前記被計測面に該プローブの軸方向から所定の接触圧力で接触させながら、前記プローブを前記軸方向と直交する方向に相対移動させつつ、前記プローブが前記ワークの前記被計測面に沿って移動するように前記プローブの軸方向に平行な直線軸を相対移動させることで、前記被計測面の面形状を計測することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の形状データの画像表示方法。
5. 前記プローブの前記変位データと前記プローブの軸方向に平行な直線軸座標の合計の数値の大小を明度の強弱で表示し、前記合計の数値の最も大きい部分の前記明度を高くし、前記合計の前記数値の最も大きい部分から数値が小さくなるしたがい前記明度を漸次低くすることを特徴とする請求項４に記載の形状データの画像表示方法。