JP2009109477A - 構成部品の実測データを調査する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学走査に由来する、構成部品の実測データを調査する方法を改良する。
【解決手段】構成部品１の実測データ２を、構成部品の実測データを調査する仮想座標測定機の仮想測定スタイラスを生成する接触式座標測定機用測定プログラム２４を用いて調査する。
【選択図】図５

Description

本発明は、実測データを調査する方法およびその方法を実施する装置に関する。

本発明の方法および装置は、特に構成部品の点検に用いることができる。構成部品の点検に関しては、種々の方法がすでに公知である。

従来より広く利用されている構成部品の調査・検査・点検方法では、実際の構成部品は座標測定機を用いて分析される。多くの場合、この分析は自動的に行われる。実際の構成部品は測定スタイラスによって接触式に精査され、実測データが得られた後、指定されたデータからの偏差が検出される。このような接触式測定機は、特に産業分野において広く用いられている。座標測定機とも呼ばれるこの接触式測定機を用いて構成部品を調査する際は、検査する構成部品または対象物の表面上における少数の重要な測定地点だけを対象とし、例えば穴の直径、穴の位置、特定の機能寸法、特定の距離といった対応する測定データを得る。接触式調査は比較的時間を要するため、構成部品または対象物の全体ではなく、構成部品の特に重要な箇所または個々の寸法だけについて調査または走査を行うことが一般的である。

別の公知の方法では、構成部品の調査は光学的に行われる。この方法によれば、構成部品は、特に光学式スキャナを用いて光学的に走査される。光学式測定法では通常、構成部品の「全表面」について走査および記録を行い、その結果、構成部品の実測データを得る。実測データのデータレコードは、表面上の点となって、実際の構成部品の仮想イメージを形成する。この表面上の点は、通常３Ｄ座標として記録される。この実測データのデータレコード、つまり仮想構成部品は、画面上に視覚化することができる。また、実測データのデータレコードは、処理または編集することができる。いわゆる検査ソフトウェアである特別な評価ソフトウェアを用いることにより、実測データを調査することができる。その結果、仮想構成部品の特定の寸法を測定することができる。この寸法は実測データに基づくものであり、これを元にして仮想構成部品が形成される。これは各寸法の指定されたデータと比較することができる。このように、実際の構成部品において接触式に「走査」される全ての寸法を、実測データのデータレコードから適切なアルゴリズムによって同様に測定することができる。現在、光学式測定法は測定精度の面で接触式測定法よりも進歩しており、構成部品に対して１００％分析を行うことができることから、構成部品の調査は光学式測定法によって行われることが多い。光学式測定法では、構成部品の全表面比較を行うことも可能である。また、光学式測定法では測定時間を短縮することができる。

現在市場において入手可能な光学式表面走査装置およびシステムは、座標の純粋測定の原理に基づくものである。つまり、多くの点集合を測定する。点集合については、点の数を少なくするために（主に数百万個）、その後のプロセスにおいて間引かれ、フィルタ処理され、相互に結合され得る。この時、情報量は全く減少しないか、わずかにしか減少しない。コンピュータと検査ソフトウェアを用いることにより、このデータレコードに基づく検査を行うことができる。この検査では、実測値のデータレコードを元に特定の外形寸法が測定され、これと関連する指定データとの比較を行う。

特許文献１には、光学走査に由来する、構成部品の実測データを調査する公知の方法が開示されている。この方法では、三次元の物体に測定マークを適用する。データ処理ユニットには、三次元物体の表面の３Ｄ指定データレコードが保存されている。保存された指定データと測定された実際のデータとの間で、分散比較を行う。３Ｄ指定データレコードにおいて規定される表面基準点は、三次元物体に転写され、この転写された基準点が測定マークを適用する特定位置となる。

特許文献２には、遠隔カメラを用いて物体を調査する方法が開示されている。

特許文献３には、構成部品の試験方法が開示されている。この方法では、テストセンサを用いて構成部品を検査し、その位置を検出する。
ＤＥ１９９ ２５ ４６２ Ｃ１ ＤＥ４３ ２０ ４８５ ＤＥ１０ ２００４ ０６１ ３３８ Ａ１

本発明の課題は、構成部品の実測データを調査する方法の改良法と、この方法を実施する装置の改良版を提案することである。

本発明によれば、上記課題は、請求項１の特徴によって解決される。光学走査に由来する、構成部品の実測データを調査する方法において、前記構成部品の実測データを調査する仮想座標測定機の仮想測定スタイラスを作成する接触式座標測定機用測定プログラムを用いて前記構成部品の実測データを調査する。実測データは、光学走査に由来する。実測データは、これを調査するために、メモリに保存され、このメモリから読み出すことができる。ただし、構成部品の実測データの取得および調査を光学走査によって行うことも可能である。

構成部品の実測データの調査には、座標測定機用測定プログラムが用いられる。特に、既存の接触式座標測定機用測定プログラムを用いることができる。本発明によれば、接触式座標測定機用測定プログラムを、光学式測定法および光学走査によって得られた実測データに適用することができる。最終的には、接触式座標測定機用測定プログラム、とりわけ実績のある接触式座標測定機用測定プログラムを、この座標測定機を用いずに実行することができる。このように、接触式測定法と光学式測定法の利点を組み合わせることができる。つまり、構成部品の全表面について、比較的短時間で光学的に走査を行い、これによって生成された実測データを、比較的時間のかかる座標測定機を実際に使用することなく、座標測定機用の測定プログラム、特に既存の実績ある座標測定機用測定プログラムによって調査することができる。

本発明における実測データは、光学走査によって得られた構成部品の実測データであるか、またはそのような実測データに由来する実際のデータである。本発明における光学走査は、放射分析走査であってもよく、構成部品の全表面走査を行うその他の走査方法であってもよい。接触式座標測定機の測定プログラムは、特にソフトウェアの形式であってもよい。

その他の利点については従属項に記載する。

すでに説明したように、構成部品の実測データはメモリから読み出し可能である。一方、構成部品の実測データは、光学走査によっても得ることができる。この場合、構成部品を検査する方法を実行することができる。すなわち、光学走査によって構成部品の実測データを取得し、この実際のデータを座標測定機用測定プログラムで調査する。

その他の利点として、実測データは、点集合、クロスリンクしたデカルト点（および／または走査線としてとして存在しているかまたは得られることを特徴とする。

実測データは、双方向的に調査してもよい。

また一方で、実測データは、自動的に調査してもよい。

実測データは、標準化データフォーマットを用いて調査してもよい。特に、実測データは、標準化データフォーマットを用いて自動的に調査してもよい。

その他の利点として、測定結果は画面上に出力または表示される。測定結果は、画面上に出力または表示するかわりに、又は画面上への出力または表示した上で、さらに処理を行うためにファイルに出力してもよい。

測定結果は、設計データ（scheduled data）と比較される。比較結果は、表及び／又は図として出力及び／又は表示してもよい。比較結果は、画面上及び／又はさらに処理を行うためにファイルに出力してもよい。

本発明の構成部品の実測データを調査する装置は、構成部品の実測データを得るための光学走査装置と、これらの実測データを調査する接触式座標測定機用測定プログラムを含むＰＣまたはその他のコンピュータであるデータ処理ユニットとを備えている。

光学走査装置は、スキャナであることが好ましい。スキャナはハンドヘルド式でもよいし、ハンドガイド式でもよい。

その他の利点として、データ処理ユニットは、測定プログラムの結果を指定データと比較するための比較プログラムを含むことを特徴とする。

その他の利点として、測定プログラムの測定結果及び／又は比較プログラムの比較結果を出力または表示するための画面が設けられている。

本発明の実施形態および従来技術による方法および装置を、添付の図面を参照しながら以下に詳細に説明する。

図１は、公知の光学式測定器による公知の構成部品点検方法を示す概略図である。自動車のシートメタル部品である構成部品１を、ハンドヘルド式スキャナ（図示せず）を用いて光学的に走査する。この構成部品１の実測データは、このようにして得られる。得られたデータは、３Ｄ測定データ２としてコンピュータに保存される。実測データは点集合を形成しているが、この点の数を少なくするために（主に数百万個）、以後のプロセスにおいて間引き、フィルタリング、クロスリンクを行うことができる。

構成部品の設計データは、ＣＡＤモデル３としてさらにコンピュータに保存される。

図１に示す従来の方法では、工程４において、３Ｄ測定データ２およびＣＡＤモデル３を共通の座標系に配列する。工程５では、分散比較を行い、実測データである３Ｄ測定データ２を、設計データであるＣＡＤモデル３と比較する。工程６では、この結果の視覚化および評価を行う。工程７では、この結果を文書化する。得られた結果は、プロトコル８に記録する。プロトコル８は画像９として画面に出力することができる。

図２は、図１の画像９の拡大図を、構成部品１の各部分の値の出力とともに示す図である。例えば、構成部品１の左側末端領域の上部には穴１０があり、この位置が三次元空間座標により確定される。表示領域１１には、実際の座標の所望の座標からの偏差、すなわち水平Ｘ座標、水平Ｙ座標および垂直Ｚ座標が表示される。このようなデータを、構成部品１のさらに重要な地点について取得する。

図３は、様々な公知の座標測定機を示す斜視図である。

図３ａは、片持ち式の座標測定機を示す図である。ユニット１３は、測定テーブル１２上において、Ｘ方向に移動可能となっている。ユニット１３は、垂直ガイド溝１４を備え、往復台１５はこれに沿って垂直Ｚ方向に移動可能となっている。往復台１５には、水平Ｘ方向に対して直角に伸びる水平Ｙ方向に移動可能な案内ロッド１６が取り付けられている。案内ロッド１６の端部には、測定チップを有する測定スタイラス１７が取り付けられている。

図３ｂは、コラム式の座標測定機を示す図である。測定スタイラス１７は、上記と同様に測定テーブル１２の上でＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動可能となっている。

図３ｃは、門型の座標測定機を示す図である。ここでも、測定スタイラス１７は測定テーブル１２の上で空間における３方向全てに移動可能となっている。

図３ｄは、橋型の座標測定機を示す図である。測定スタイラス１７は、測定テーブル１２を形成する平面上で空間における３方向全てに移動可能となっている。

図４は、測定スタイラス１７の拡大図である。測定スタイラス１７は、小球面状の測定チップ１８を有している。測定チップ１８は、伸縮ロッド１９の端部に配置され、両方向矢印２０の方向に移動可能となっている。伸縮ロッド１９は、座面２１に取り付けられ、水平軸２２の周りを回転するようになっている。水平軸２２は、垂直軸２３の周りを回転するようになっている。

従来から広く使用されている、図３の座標測定機を用いた構成部品の調査・検査・点検方法において、実際の構成部品は、多くの場合、測定スタイラス１７を用いて自動的に接触式走査される。実測値が得られた後、品質保証または構成部品の検査として求められる所定値からの偏差が取得される。このプロセスでは、対象物表面における少数の重要な測定地点だけを対象とし、例えば穴の直径、穴の位置、特定の機能寸法、特定の距離といった対応する測定値を測定する。この時、構成部品全体の走査は行わない。

図５は、本発明の方法により行われる測定プロセスを示す図である。構成部品１は、例えばハンドヘルド式のスキャナにより光学的に走査される。これにより、構成部品１の実測データが得られる。得られたデータは、３Ｄ測定データ２としてコンピュータに保存される。また、構成部品１の設計データはＣＡＤ構造３としてコンピュータに保存されている。

工程４において、３Ｄ測定データ２およびＣＡＤ構造３を、共通の座標系に配列する。工程５では、分散比較を行い、３Ｄ測定データ２をＣＡＤ構造３と比較する。工程７で、この結果を文書化する。この結果から、プロトコル８が生成される。この結果を、画像９として画面上に出力する。

工程４、５、７および８は、座標測定機用測定プログラム２４によって構成される。この測定プログラム２４を用いて、構成部品１の実測データを調査する。この調査の測定結果を、構成部品１の設計データと比較する。

図６は、図１に示す画像９の拡大図である。座標測定機用測定プログラム２４は、仮想デジタル化された構成部品１を調査する仮想座標測定機の仮想測定スタイラス１７を生成する。この測定結果は設計データと比較される。偏差は、異なる色がそれぞれ異なる偏差を示すカラースケール２５で表示される。

本発明は、デジタルデータの仮想調査および検査を行う方法および装置を提供するものである。本発明によれば、実際の座標測定機を使用せずに、座標測定機を用いたデジタル化構成部品の調査をソフトウェア内で行うことができる。これにより、現在世界中で何百万回も使用されている接触式座標測定機（座標測定機）を用いた調査・検プロセスを光学式測定法に適応することができ、接触式測定法と光学式測定法の利点を組み合わせることができる。本発明によれば、以下のような様々の利点を得ることができる。

・測定プログラム生成のための手順は通常のままで、調査の種類だけを変更すればよい（接触式、光学式等）。

・既存の座標測定機用プログラムをそのまま使用することができる。

・特定の座標測定機のハードウェアとは無関係に方法を実施することができる。つまり、座標測定機の測定スタイラスが構成部品に当たっているかどうかを確認する必要がない。

・光学式測定法の利点とそれが広く受け入れられていることに関し、コストを抑えることができる。特に、光学式測定法を用いることによって高い処理能力が得られる。また、ランダム制御だけでなく、１００％制御を行うことも可能である。

・光学式測定法および接触式測定法を、同一の手順で平行して等しく実施することが可能である。つまり、同一の測定プログラムを座標測定機と光学式データ測定機の両方に適用することができ、完全自動検査プロセスが可能になる。

図５および図６に示すように、座標測定機による測定のシミュレーションは、画面上に表示することができる。最終結果である設計データからの実測値の偏差は、例えば色分けによって直接的に表示することができる。

本発明によれば、デジタルデータすなわち実測データの調査および検査を行う方法および装置であって、実測データの仮想測定を、ソフトウェアを用いてコンピュータで行うことで、実際の座標測定機をシミュレートすることを特徴とする方法および装置が提供される。実測データは、光学的に走査されたデータ、放射分析により走査されたデータ（例えばＣＴデータ等）または接触式走査されたデータとすることができる。実測データは、個別のデータであってもよいし、複数のデカルト点（Cartesian points）（例えば３Ｄの点集合）、相互に結合したデカルト点（cross-linked Cartesian points）（例えば三角測量システム）または連続したデカルト点の個々の走査線であってもよい。実測データの測定は、画面上で又は自動的に双方向的に行うことができる。実測データ調査の自動化に関しては、標準化データフォーマット“ＤＭＩＳ”および／または標準化データフォーマット“Ｉ＋＋ＤＭＥ”を用いることができる。実測データ調査の自動化に関しては、専有の座標測定機プログラムおよびそのデータフォーマットを用いることができる。さらに、特に、固有のデータフォーマットである“ＶＷ測定スケジュール”、“Ａｕｄｉ測定スケジュール”および／または“ＢＭＷ測定スケジュール”といった、メーカー固有のデータフォーマットを用いることができる。実測データの仮想座標測定機による調査の結果は、画面上に出力してもよく、かつ／またはさらに処理を行うためにファイルに出力してもよい。検査のために、実測データの仮想座標測定機による調査の結果を、設計データに対して直接比較してもよい。検査結果は、表および／またはグラフィックとして表示することができ、さらに処理を行うためにファイルに書き込むことができる。

図１は、光学測定機による構成部品検査の手順を示す図である。 図２は、図１の方法によって得られた測定プロトコルを示す図である。 図３は、種々の座標測定機を示す斜視図である。 図４は、図３に示す座標測定機の測定スタイラスを示す図である。 図５は、本発明の方法によって行われる調査の手順を示す図である。 図６は、本発明の方法を示す概略図である。

Claims (16)

1. 構成部品の実測データを調査する方法であって、
   前記構成部品（１）の実測データを調査する仮想座標測定機の仮想測定スタイラス（１７）を作成する接触式座標測定機用測定プログラム（２４）を用いて前記構成部品（１）の実測データを調査することを特徴とする方法。
2. 請求項１の方法において、
   前記構成部品の実測データは、光学走査によって得られることを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２の方法において、
   前記実測データは、点集合、相互に結合したデカルト座標上の点及び／又は走査線として存在しているかまたは得られることを特徴とする方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１つの方法において、
   前記実測データを双方向的に調査することを特徴とする方法。
5. 請求項１〜３のいずれか１つの方法において、
   前記実測データを自動的に調査することを特徴とする方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１つの方法において、
   前記実測データを、標準化データフォーマットを用いて調査することを特徴とする方法。
7. 請求項１〜６のいずれか１つの方法において、
   測定結果を画面上に出力することを特徴とする方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１つの方法において、
   前記測定結果をファイルに出力することを特徴とする方法。
9. 請求項１〜８のいずれか１つの方法において、
   前記測定結果を、設計データと比較することを特徴とする方法。
10. 請求項９の方法において、
    比較結果を、表および／または図として出力することを特徴とする方法。
11. 請求項９または１０の方法において、
    比較結果を画面上に出力することを特徴とする方法。
12. 請求項９〜１１のいずれか１つの方法において、
    比較結果をファイルに出力することを特徴とする方法。
13. 構成部品の実測データを調査する装置であって、
    前記構成部品（１）の実測データを得るための光学走査装置と、
    前記実測データを調査する接触式座標測定機用測定プログラムを含むデータ処理ユニットとを備えていることを特徴とする装置。
14. 請求項１３の装置において、
    前記光学走査装置は、スキャナであることを特徴とする装置。
15. 請求項１３または１４の装置において、
    前記データ処理ユニットは、測定プログラムの結果を設計データと比較するための比較プログラムを含むことを特徴とする装置。
16. 請求項１３〜１５の装置において、
    測定結果および／または比較結果を出力するための画面を備えることを特徴とする装置。

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