JP2008501969A - ３次元測定の方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明の方法は、測定される部品を代表する原器を形成する工程と、この原器に関連付けられた基準座標で重要な点の座標の測定学の研究室における測定を行う工程と、工業的な環境で、原器に関連付けられた基準座標において、各重要な点の３つの座標を与えることができる測定設備で重要な点の座標の測定を行う工程と、各重要な点に対して測定学の研究室の条件で測定された座標と工業的な動作条件で測定された座標との間のずれを決定する工程と、このずれを各重要な点に対してメモリに記憶する工程と、工業的な動作環境の下で、上述の観測装備で部品の各重要な点の座標の測定を行う工程と、これら座標をメモリに記憶する工程と、修正された座標を得るようにずれの代数的な推測からなる各座標のデジタル処理のために相関計算機を使用する工程と、部品の寸法の欠陥を決定するために、修正された座標のデジタル処理を行う工程とを有する。

Description

本発明は、３次元測定の方法とこの方法を実行するための装置とに関する。

部品の設計は、まず、複数の寸法と許容誤差とを示す図面を作成する段階を有する。この画定するための図面は、このように、成形、ダイスタンプ法、材料の除去などの工業的な操作の過程で形成される部品の容積を規定する複数の面を規定する。各面は、この部品に関連付けられた基準座標系の中のこの部品の形状と位置とにより規定されている。

検査の役割は、この図面と、実際に形成される部品すなわち３次元の固体との間の一致を評価することである。

この目的のために、特に２つのタイプの機械部品の検査が既知である。
一方では、いわゆる多次元検査が知られている。多次元検査は、部品の検査にあてられる装置を用いる。この装置には、測定手段（誘導式、空気圧、光学、静電容量のセンサ）が備えられており、これらは、各々、基準（原器）と比較して寸法の測定を行う。実際には、多次元検査装置は、問題とされている部品の幾何学的形状に応じて、特定の仕方で位置している一連のセンサを用いる。これらセンサは、名目上の寸法と比較してずれを測定する。名目上の寸法は、原器の面により実現されている。通常、これらセンサは、所定の周期に従って原器の基準に合わせられる。

多次元検査は、特に、大量生産のラインの外での部品の検査に適している。
具体的には、このタイプの検査は、以下の好都合な点を示す。
比較的熟練していない人員により実行される。これは、部品を装置に位置させることで十分だからである。
検査のスピードが速い。これは、様々なセンサが各々同時に測定を行うためである。
温度、振動などの実質的な変化を含む工業的な環境においてさえも正確さが高い。この正確さは、行われている測定が原器に対する相対的な測定であるという事実により得られる。

しかしながら、このタイプの検査は、不都合がないわけではない。

不都合なことのうちの第１に、比較的長い搬送の時間だけではなく、比較的装置の研究と実現のための大きなコストが挙げられる。
さらに、多次元検査装置は、特に、部品の幾何学的形状に適している。この部品の変更は、問題となる部品の検査に割り当てられている多次元装置を再び規定することを伴う。

もう一方のタイプの機械部品の検査では、３次元座標測定機（ＣＭＭ）が用いられる。この機械は、３つの対になった垂直な案内ルーラを有する構造を示す。これら案内ルーラの結果、独特の方法で、これら案内ルーラにより規定される平行６面体の容積の全ての点に達することが可能となる。この機械には、プローブ(palpeur)とコンピュータとが追加されている。

このプローブにより、部品の面の座標の測定が、この部品の面に接触することにより測定されることが可能となる。これら座標は、この機械の基準座標で読み出される。
この後で、これら座標は、デジタル処理され、寸法、平坦さ、真円度、同心度などのような判断基準に応じて、この部品の寸法に関する品質を決定することができる。

３次元座標測定機を用いて測定すると、好都合な点として、ある同一の機械が、２つの部品の測定値の間でプログラムをしなおすだけで、いかなる幾何学的形状の部品を測定することもできるという事実がある。

この機械は、特に好都合な点として、
即座に利用可能である。これは、この機械は、製造業者により大量生産されるからである。
プログラム可能であり、したがって、全ての幾何学的形状の部品の測定が行われることが可能である。

しかしながら、３次元座標測定機は、動作する環境（温度変化、振動、など）に敏感である。
この結果、この機械が、作業場のような工業的な環境に設置されると、この機械の正確さが失われてしまう。さらに、この機械は、壊れやすく、専門的な人により取り扱われなくてはならない。

最後に、この機械の検査時間は、比較的長い。検査時間は、多次元測定システムでの検査のために必要とされる数秒と比較して、数分かかることもある。

本発明の目的は、工業的な環境、例えば、製造ライン、に設置することができる一方で、複数の点がデジタル処理される前に、これら点の座標の正確さが保障され、検査の迅速さが保障される、３次元測定の方法を提供することである。

本発明の主題は、部品の複数の重要な点の座標の３次元測定の方法であって、
測定される前記部品を代表する物理的な原器を形成する工程と、
前記原器に関連付けられた基準座標で複数の重要な点の座標Ｘ_Ｅ、Ｙ_Ｅ、Ｚ_Ｅの測定学の研究室における測定を行う工程と、
工業的な環境で、複数の前記重要な点の座標の測定を、前記原器に関連付けられた基準座標において、各重要な点の３つの座標Ｘ_Ｅ’、Ｙ_Ｅ’、Ｚ_Ｅ’を与えることができる測定設備で行う工程と、
各重要な点に対して、測定学の研究室の条件で測定された座標Ｘ_Ｅ、Ｙ_Ｅ、Ｚ_Ｅと、使用される工業的な条件で測定された座標Ｘ_Ｅ’、Ｙ_Ｅ’、Ｚ_Ｅ’との間のずれΔを決定する工程と、
このずれΔをメモリに記憶する工程と、
工業的な環境の下で、測定される前記部品で、前記観測装備で各重要な点の座標Ｘ_Ｐ、Ｙ_Ｐ、Ｚ_Ｐの測定を行う工程と、
前記座標Ｘ_Ｐ、Ｙ_Ｐ、Ｚ_Ｐをメモリに記憶する工程と、
前記ずれΔの代数的な推測により各座標Ｘ_Ｐ、Ｙ_Ｐ、Ｚ_Ｐを修正するためにコンピュータによりデジタル処理を実行する工程と、
前記部品の寸法の欠陥を決定するように、修正された座標Ｘ_ＰＣ、Ｙ_ＰＣ、Ｚ_ＰＣのデジタル処理を実行する工程と、
を具備する方法である。

本発明の基礎は、物理的な原器に対して座標の測定を行うことである。したがって、本発明に係る方法は、工業的な環境におかれてもよい。これは、測定は、物理的な原器に対して行われ、それにもかかわらず、この測定の結果、前記部品の適合性を決定するためのデジタル処理の対象を形成することができる、座標を集めることができるからである。

この後、修正された座標は、３次元測定に適用される数学的な手続により処理されることができる。
好ましい可能性に従えば、前記修正された座標Ｘ_ＰＣ、Ｙ_ＰＣ、Ｚ_ＰＣは、最小二乗法により処理される。

一実施形態において、前記方法は、
測定のための単一指向性の装備を部品基準座標に対して固定することを有し、この観測用装備の座標のうちの２つが前記部品に関連付けられた基準座標に固定され、
前記部品の点の測定を実行することを有し、前記座標のうちの２つは、前記基準座標における測定の手段の座標であり、第３の座標は、求められる値である。

本発明は、また、部品の複数の重要な点の座標の３次元測定の方法の実行を可能とする装置であって、
測定される、前記部品を代表する物理的な原器と、
測定される前記部品を測定するための、前記原器での比較測定により基準に合わせられることができる装備と、
前記測定装備に接続され、以下を記憶することができる記憶手段を有する計算ユニットと、
座標Ｘ_Ｅ、Ｙ_Ｅ、Ｚ_Ｅ
座標Ｘ_Ｅ’、Ｙ_Ｅ’、Ｚ_Ｅ’
各重要な点に対するずれΔ
座標Ｘ_Ｐ、Ｙ_Ｐ、Ｚ_Ｐ
前記Ｘ_Ｐ、Ｙ_Ｐ、Ｚ_ＰのずれΔの代数的な推測により修正された座標Ｘ_ＰＣ、Ｙ_ＰＣ、Ｚ_ＰＣの計算をし、これら修正された座標Ｘ_ＰＣ、Ｙ_ＰＣ、Ｚ_ＰＣを、３次元測定に適用される手続により処理する手段と、を具備する装置に関する。

様々な変形によれば、前記方法は、走査により、光学的な、空気圧式の又は静電容量的な測定により動作する測定装備を実行させる。

一実施形態において、前記測定装備は、前記部品に関連付けられている基準座標におけるこの部品の点の３つの座標を決定することができる３次元測定装備である。
この場合、この測定装備は、３次元座標測定機であってもよい。

測定される部品が複雑な幾何学的形状を示す場合には、前記測定装備は、単一指向性の測定要素と、３次元の測定要素とを有している。

本発明を適切に理解するために、本発明は、非限定的な例として示されている添付された図面を参照して説明されている。

機械的な部品、すなわち３次元の固体、の測定の動作の機能は、複数の寸法と許容誤差とを示す図面に対して、この機械的な部品が適合しているかどうかを検査することである。

本発明に係る方法の、図面に示されていない、第１の工程は、形成される部品を代表する原器部品２を形成することにある。
この原器部品２は、一般的に鋼鉄で形成され、寸法の安定性が高くなるように、熱処理を経ている。

この部品が実行すべき機能に従って、この部品の機能にとって致命的なこの部品の幾何学的な欠陥（寸法、平坦さ、同心度、など）を決定するように測定される必要があるとして、複数の重要な点が選択される。

図に示されている部品の例では、この部品は、意図的に単純なＬ字形状を示しており、この部品には、測定したいことは、図に向き付けられているような部品を参照して、垂直なブランチの厚さと、この部品の上面の１つの平坦さとであることになっている。

この部品を代表する原器部品２は、実験室で測定される。この測定は、従来の方法で、状態を制御された３次元座標測定機を用いて行われる。例では、厚さは、１点で測定され、平坦さは、６点で測定されている。したがって、これらの点の各々に対して、すなわち、図示されている例において７つ、この部品に関連付けられた基準座標に貼り付けられた座標Ｘ_Ｅ、Ｙ_Ｅ、Ｚ_Ｅが得られる。この原器部品２の上面でプローブされた６点の値は、図３の表の縦列ＩＩＩに記入されている。

次の工程は、この部品を位置づけるための手段を有している測定装備で行われる。
図示されている例では、テーブル４に配置されている３つの指部３が含まれている。
これら３つの指部３の結果、テーブル４の平面で、この部品を受容し、部品基準座標として参照される基準座標を規定することと可能となる。この部品基準座標は、図に示されている。

測定装備は、一方では、ほぼ水平な方向に沿って向けられた単一指向性のセンサ５と、ほぼ垂直な方向に沿って向けられ、３次元座標測定機７に位置しているプローブ６とからなっていることに留意されたい。

この単一指向性のセンサ（この場合、図示されている例では誘導式のセンサ）の特別な特徴は、このセンサが、正確な座標に従って、この部品基準座標の中に位置していることである。図示されている例では、プローブ点は、次の座標を示している、Ｘ＝−１０．０００、Ｚ＝−４５．０００。Ｙ軸に沿った座標は、センサ５が測定すべき座標である。

このように規定されている装備では、原器部品２は、部品基準座標での複数の指部３に対して平面４に位置している。
３次元座標測定機の単一指向性のセンサ５とプローブ６は、測定を行う。
したがって、単一指向性のセンサ５は、部品基準座標の機械により測定される原器部品２の厚さを与える座標Ｙ_Ｅを測定し、この機械のプローブ６は、この部品の上面の平坦さを規定するように選択された６点の測定を３つの軸Ｘ，Ｙ，Ｚに沿って行う。座標Ｘ_Ｅ’、Ｙ_Ｅ’、Ｚ_Ｅ’は、図３の表の縦列ＩＶに記入されている。

原器部品２の実験室で測定された座標Ｘ_Ｅ、Ｙ_Ｅ、Ｚ_Ｅと、この機械で測定された座標Ｘ_Ｅ’、Ｙ_Ｅ’、Ｚ_Ｅ’を知ると、工業的な環境の条件（特に温度の条件）でのこの装備の測定誤差に対応する、座標Ｘ_Ｅ、Ｙ_Ｅ、Ｚ_Ｅと、座標Ｘ_Ｅ’、Ｙ_Ｅ’、Ｚ_Ｅ’との間のずれΔを、各点に対して決定することが容易である。

このずれΔは、マイクロコンピュータでもよい計算ユニット９のメモリに記録される。測定装備に関連した誤差が知られると、原器部品２は、測定装備から取り除かれる。

それから、製造工程から生じてくる部品１０が、この装備の中の部品基準座標に位置される。
単一指向性のセンサと、３次元座標測定機のプローブとにより、７つの重要な点が測定される。
この結果、一連の座標Ｘ_Ｐ、Ｙ_Ｐ、Ｚ_Ｐが、特に、測定される部品の上面の測定された６つの点に対して得られる。これらの座標は、図３の表の縦列Ｖに記入されている。

これら座標Ｘ_Ｐ、Ｙ_Ｐ、Ｚ_Ｐは、代数的にずれΔを推定することを目的とした処理によりコンピュータで処理される。
このように、最小２乗法のような適切なデジタル処理により処理されることができる修正された座標Ｘ_ＰＣ、Ｙ_ＰＣ、Ｚ_ＰＣが得られる。
図示されている例では、このように、
標準偏差 ０．０００１３
平坦さ ０．００３
Ｚ＝ −０．００９
が、決定される。

したがって、本発明に係る方法の結果、原器部品に対する複数の点の座標の測定を行うことができ、この結果、この方法は、工業的な環境に適切となっている。
もちろん、本発明は、非限定的な例としての上述の実施形態に限定されず、逆に全ての実施形態を含んでいる。
このように、それぞれの位置が部品基準座標に貼り付けられた、複数の単一指向性のセンサだけで本発明に係る方法を実行することを想像することができる。測定装備として３次元座標測定装置だけを用いることも想像することができる。

本発明に係る方法の状況では、ダウングレードされた３次元座標測定機を用いてもよいことに留意するべきである。これは、この場合、この３次元座標測定機は、その測定ルーラと比較して直接得られる測定を行うために用いられるのではなく、部品を代表する原器と比較して修正されるからである。

加えて、測定設備は、この測定設備の中で規定されている基準座標で部品及び原器の位置づけに関して、また、３次元センサの移動だけではなく単一指向性のセンサの管理の方法に関しても手動、半自動又は自動で制御されてもよい。

測定装備による複数の点の座標の取得は、静的な方法で、すなわち、点ごとに、行われてもよく、又は、動的な方法で、すなわち、走査することにより、行われてもよい。

留意するべき重要な点は、重要な複数の点を使用することを容易にするために、特に、温度の関数としてこれらの点を修正するために、これらの点の座標は、説明された例で部品基準座標の中で表現されることである。機械基準座標のような、他の基準座標を想像することもできる。

工業的な条件のもとでの測定装備での原器の測定を示している。 工業的な条件のもとでの測定装備での、工業的な工程から生じた部品の測定を示している。 平面上で測定された６つの点の座標の値の表を示している。

Claims (9)

1. 部品の複数の重要な点の座標の３次元測定の方法において、
   測定される前記部品を代表する物理的な原器（２）を形成する工程と、
   前記原器（２）に関連付けられた基準座標において、測定学の研究室で、複数の重要な点の座標Ｘ_Ｅ、Ｙ_Ｅ、Ｚ_Ｅを測定する工程と、
   工業的な環境の下で、前記原器（２）に関連付けられた基準座標で各重要な点の３つの座標Ｘ_Ｅ’、Ｙ_Ｅ’、Ｚ_Ｅ’を与えることができる測定設備で、複数の前記重要な点の座標を測定する工程と、
   各重要な点に対して、測定学の研究室の条件で測定された座標Ｘ_Ｅ、Ｙ_Ｅ、Ｚ_Ｅと、使用される工業的な条件で測定された座標Ｘ_Ｅ’、Ｙ_Ｅ’、Ｚ_Ｅ’との間のずれΔを決定する工程と、
   各重要な点に対して、このずれΔをメモリに記憶する工程と、
   工業的な環境の下で、測定される前記部品で、前記観測装備で部品（１０）の各重要な点の座標Ｘ_Ｐ、Ｙ_Ｐ、Ｚ_Ｐの測定を行う工程と、
   前記座標Ｘ_Ｐ、Ｙ_Ｐ、Ｚ_Ｐをメモリに記憶する工程と、
   修正された座標Ｘ_ＰＣ、Ｙ_ＰＣ、Ｚ_ＰＣを得るように、前記ずれΔの代数的な推測により各座標Ｘ_Ｐ、Ｙ_Ｐ、Ｚ_Ｐを修正するためにコンピュータによりデジタル処理を実行する工程と、
   前記部品（１０）の寸法の欠陥を決定するように、前記修正された座標Ｘ_ＰＣ、Ｙ_ＰＣ、Ｚ_ＰＣのデジタル処理を実行する工程と、
   を具備することを特徴とする方法。
2. 前記修正された座標Ｘ_ＰＣ、Ｙ_ＰＣ、Ｚ_ＰＣを３次元測定に適用される数学的な手続きにより処理することを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記修正された座標Ｘ_ＰＣ、Ｙ_ＰＣ、Ｚ_ＰＣを最小２乗法により処理することを有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 測定のための単一指向性の装備を前記部品の基準座標に対して固定することを有し、この観測用装備の座標のうちの２つが前記部品に関連付けられた前記基準座標に固定され、
   前記部品の点の測定を実行することを有し、前記座標のうちの２つは、前記基準座標における測定の手段の座標であり、第３の座標は、求められる値であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の方法。
5. 請求項１乃至４のいずれか１に記載の、部品の複数の重要な点の座標の３次元測定の方法の実行を可能とする装置において、
   測定される前記部品（１０）を代表する物理的な原器（２）と、
   測定される前記部品（１０）を測定するための、前記原器（２）での比較測定により基準に合わせられることができる装備と、
   前記測定装備に接続され、以下を記憶することができる記憶手段を有する計算ユニット（９）と、
   座標Ｘ_Ｅ、Ｙ_Ｅ、Ｚ_Ｅ
   座標Ｘ_Ｅ’、Ｙ_Ｅ’、Ｚ_Ｅ’
   各重要な点に対するずれΔ
   座標Ｘ_Ｐ、Ｙ_Ｐ、Ｚ_Ｐ
   前記Ｘ_Ｐ、Ｙ_Ｐ、Ｚ_ＰのずれΔの代数的な推測により前記修正された座標Ｘ_ＰＣ、Ｙ_ＰＣ、Ｚ_ＰＣの計算をし、これら修正された座標Ｘ_ＰＣ、Ｙ_ＰＣ、Ｚ_ＰＣを、３次元測定に適用される手続により処理する手段と、
   を具備することを特徴とする装置。
6. 走査による、光学的な、空気圧式の、又は静電容量的な測定による測定装備を具備することを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 前記測定装備は、前記部品が関連付けられている基準座標におけるこの部品の点の３つの座標を決定することができる３次元測定装備であることを特徴とする請求項５又は６に記載の装置。
8. 前記測定装備は、３次元座標測定機（７）であることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記測定装備は、単一指向性の測定要素と３次元測定要素とを有することを特徴とする請求項８に記載の装置。

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