JP2009192401A - 三次元形状測定用プローブ装置およびプローブの干渉検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接触式プローブを用いた多関節アーム型三次元形状測定装置において、目視で確認できない部位における接触子の接触不良による誤測定を回避することができる三次元形状測定装置提供する。
【解決手段】接触式プローブは、接触子１ａと接触子１ａを除くプローブ構成部品１ｂ、１ｃとが電気的に絶縁され、接触子１ａを除くプローブ構成部品１ｂ、１ｃと被測定対象物５との間に通電する導通チェック機構３を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、三次元形状測定装置の計測技術に係り、接触式プローブの接触子以外のプローブ構成部品と被測定対象物との干渉検知に関する。

従来、産業用のポンプ、圧縮機や送風機のインペラ等、三次元的にねじれた構造物の表面形状或いはその変形量を精度良く定量的に計測する現場計測向きの三次元形状測定装置としては、図３に示されたものがある。

三次元形状測定装置本体３１は複数のエンコーダを搭載した多関節アーム型で、測定装置本体は支持部３２、上腕３３ａ、前腕３３ｂ、関節に内蔵されたエンコーダ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、ハンドル３５、先端に球状或いは針状の接触子３６ａを設けた接触式プローブ３６および測定開始／終了釦が設置されているプローブアダプタ３７で構成される。接触式プローブ３６は着脱式で要求精度や形状に応じてレーザスキャン式の非接触プローブに交換可能である。電源は商用交流電源の他に専用バッテリ３８を測定装置本体３１に接続することにより電源コードレスを実現することができる。

測定装置本体３１を制御するために、制御端末３９を測定装置本体３１に接続するが、この制御端末３９に大容量バッテリを搭載したノート型パソコンを採用することにより、電源の調達が難しい現場での使用に適したシステムが構築できる。制御端末３９には、測定用ソフトウェアと取得した座標点群データの加工、解析、評価および３ＤＣＡＤとの連携が可能な３Ｄソフトウェアがインストールしてある。

この構成において、被測定対象物４０の測定が可能な位置に測定装置本体３１を設置し、測定者はハンドル３５を片方の手で把持し、必要ならばプローブアダプタ３７辺りにもう一方の手を添えた状態で接触子３６ａを被測定対象物４０の測定点に押し当て、その状態を保持したままプローブアダプタ３７に設置されている測定開始／終了釦を押下し座標情報を取得する。

接触子３６ａを正確に被測定対象物４０の測定点に接触させるには、測定装置本体３１やハンドル３５を把持する測定者の手や腕の他、特に接触子３６ａを除くプローブ構成部品が、被測定対象物４０と干渉（接触）しないことが必要である。しかし、上記の多関節アーム型の接触式三次元形状測定装置３１において、ポンプ、圧縮機や送風機などの構造物の表面形状を測定する場合、例えばクローズ型インペラの流路部にある羽根のように覆い隠されている部分は目視で測定点を確認することはできない。

この場合、プローブ３６を開口部から挿入して、測定者の手の感覚だけで接触子３６ａを測定点に押し当てなければならないが、挿入したプローブの接触子３６ａ以外の構成部品が見えないところで被測定対象物と干渉している場合、その感触が接触子３６ａを押し当てたものか接触子３６ａ以外の構成部品の干渉によるものかを判断するのは困難であり、接触子３６ａが測定点に正しく接触されていない状態で座標情報を取得してしまう可能性がある。結果として、測定精度の低下による誤評価、更には再測定による作業工程の遅延を招いたりするという問題が生ずる。

この測定精度の低下を防止するため、特開平６−２９７２９０号公報（特許文献１）に計測用プローブの干渉防止に関する技術が示されている。

特開平６−２９７２９０号公報

しかしながら、上記特許文献１に示されるものは、予め被測定対象物とプローブ形状とを登録しておき、被測定対象物の計測面に一定間隔の計測点を設定し、この計測点を測定するためにプローブが通るプローブパス上の計測点対応位置ごとに、プローブ形状範囲内のワークの部分形状を呼び出してシュミレーションにより干渉チェックを行い、干渉がある場合、干渉を避けるためのプローブの傾斜角と位置変更量を求めて、この変更量に基いてプローブの姿勢制御を行うことにより自動的に干渉防止を図るものであるため、構成が大掛かりでコストアップになる。

本発明は上記課題を解決するもので、極めて簡単な構成により接触式プローブの接触子を除いたプローブ構成部品が、被測定対象物と干渉していることを検知することができる接触式プローブによる三次元形状測定用プローブ装置を提供するものである。

前記目的を達成するために本発明は、プローブ先端の接触子を被測定対象物に接触させて形状を測定する三次元形状測定用プローブ装置において、前記プローブは先端の接触子とこの接触子を支えるプローブ構成部品で構成され、前記プローブ構成部品が被測定対象物に接触していることを検知する干渉検知手段を備えたことを特徴とする。

また、前記プローブの接触子は電気的絶縁材料で製作または表面処理され、前記プローブ構成部品は導電材料で製作または表面処理され、前記干渉検知手段は前記プローブ構成部品と被測定対象物との電気的導通を検知する導通チェック装置であることを特徴とする。また、前記導通チェック装置は、プローブ構成部品と被測定対象物が電気的に接触したとき、ブザーまたはランプ点灯により導通状態であることを報知する報知手段を備えたことを特徴とする。

また、前記導通チェック装置は、前記プローブ構成部品と被測定対象物とに、着脱式に電線で接続されたことを特徴とする。また、前記導通チェック装置は、被測定対象物の電気抵抗率に応じて検出抵抗値を任意に調整する調整手段を備えたことを特徴とする。

また、プローブ先端の接触子を被測定対象物に接触させて形状を測定するに際し、前記プローブは先端の接触子とこの接触子を支えるプローブ構成部品で構成され、干渉検知手段により前記プローブ構成部品と被測定対象物との接触を検知することを特徴とする。また、前記プローブ構成部品は導電材料で製作または表面処理され、干渉検知手段により前記プローブ構成部品と被測定対象物との電気的導通で両者の接触を検知することを特徴とする。

本発明によれば、導通チェック装置により接触子以外のプローブ構成部品と被測定対象物との干渉を検知し、その状態における測定を回避することにより、接触子の接触不良による誤測定を防止し測定結果の信頼性を高めることができる。特に測定者の感覚に頼らざるを得ない、覆い隠されて目視では確認できない部位に有効である。

以下、本発明実施例の三次元形状測定装置について図面を参照して詳述する。図1は本発明の一実施形態の接触式プローブを備えた多関節アーム型三次元形状測定装置の構成図である。図２は被測定対象物として、クローズ型インペラの開口部を測定する時の接触式プローブの説明図である。

接触式プローブ１は、セラミック等の絶縁材料で製作、或いは絶縁材料により表面処理等を施した接触子１ａと、導電材料で製作或いは導電テープ等により表面に導電性を持たせたシャフト１ｂ、並びに接続用スレッド１ｃが一体化した構造に構成されている。接触子１ａと、シャフト１ｂと接続用スレッド１ｃ（プローブ構成部品）とは、電気的に絶縁され、接続用スレッド１ｃには電線接続用の端子１ｄが設けられている。

この端子１ｄは、電線２ａを介して導通チェック装置３の一方の電極端子３ａと接続され、導通チェック装置３の他方の電極端子３ｂは、電線２ｂを介して被測定対象物５に接続されている。このとき被測定対象物５は導電材料で製作された物とするが、絶縁物製でも一時的にプローブが干渉しそうな部分に導電テープ等を貼って導電性を持たせても良い。また、作業性を考慮して、端子１ｄと被測定対象物５への電線２ａ、２ｂの接続はワニ口クリップ４ａ、４ｂ等の着脱が容易な端子形状となっている。

導通チェック装置３は、被測定対象物５の電気抵抗率に応じて検出抵抗値を任意に調整できる調整手段３ｄ、および導通状態を検知した時にブザー或いはLED点灯により測定者に導通状態であることを知らせる警報手段３ｃを備えている。導通チェック装置３の検出抵抗値は、被測定対象物５の電気抵抗率に応じて調整手段３ｄにより最適な値に調整される。この調整により、被測定対象物５の電気抵抗率に応じた抵抗値を検知したとき、被測定対象物５とプローブ構成部品が接触したと判断し、警報手段３ｃを動作させる。

多関節アーム型三次元形状測定装置６は、制御端末３９、バッテリー３８、支持部３２、上腕３３ａ、前腕３３ｂ、関節部に内蔵されたエンコーダ３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、ハンドル３５、測定開始／終了釦３７ａが設置されているプローブアダプタ３７で構成される。プローブ本体１は、接続用スレッド１ｃをプローブアダプタ３７に接続して取り付けられる。支持部３２は、被測定対象物５との位置関係が変化しないように図示しない専用固定治具で固定してある。

以下、上記した構成における操作と作用を説明する。測定に先立ち、接触式プローブ１の校正、および座標軸の作成を、三次元形状測定装置６の操作手順に従い実施する。

測定時は測定者がハンドル３５を片方の手で把持し、必要ならばプローブアダプタ３７辺りにもう一方の手を添えた状態で接触子１ａを被測定対象物５の測定点に押し当て、その状態を保持したままプローブアダプタ３７に設置されている測定開始／終了釦３７ａを押下し座標情報を取得する。取得された座標情報は、制御端末３９の座標点群として記憶される。

測定点が目視可能でプローブ干渉の心配が無い範囲の測定においては、導通チェック装置３を使用する必要性は無く、作業性を考慮して端子１ｄから導通チェック装置を外した状態で測定を行う。

一方、測定点を目視で確認することができない、例えばクローズ型インペラの流路部にある羽根５ａの奥を測定する場合、導通チェック装置３を取付け稼動状態とする。測定者はプローブシャフト１ｂを開口部から挿入し、手の感覚で接触子１ａを測定点に押し当てプローブアダプタ３７に設置されている測定開始／終了釦３７ａを押下し、座標情報を取得する。

この際、接触子１ａ以外のプローブ構成部品１ｂ、１ｃが測定点のある羽根以外の羽根５ｂ或いは側板５ｃと干渉（接触）すると、プローブ構成部品１ｂ、１ｃと被測定対象物５が導通チェック装置３を介して閉回路が構成されて導通状態となる。導通チェック装置３にある報知手段３ｄのブザー或いはLEDが点灯し、測定者は接触子１ａを除くプローブ構成部品１ｂ、１ｃと被測定物５が干渉（接触）状態にあることを知ることができる。

したがって、測定者は目視で確認することができない測定点においても、ブザー或いはLED点灯により、プローブ構成部品１ｂ、１ｃの干渉によって接触子１ａが測定点に正しく接触されていない状態での測定を回避することができる。

上記実施例の接触式プローブ1は、接触子１ａの表面に絶縁性を持たせて、手の感覚で接触子１ａが被測定対象物の測定点に接触していることを確認しているが、接触子１ａにも導電性をもたせ、導通状態となったことで測定点に接触していることを確認しても良い。この場合、接触子１ａ用の導通チェック装置を新たに設けて、接触子１ａと被測定対象物の電気的導通を検知するように、別個の導通回路が構成される。そして形状測定時には、プローブ構成部品１ｂ、１ｃが被測定対象物と非導通状態でかつ、接触子１ａが被測定対象物と電気的導通状態のとき、プローブアダプタ３７に設置されている測定開始／終了釦３７ａを押下し、座標情報を取得する。この構成によれば、手の感覚に頼らずに接触子１ａが測定点に接触していることを確認することができ、熟練者でなくても正確な測定が可能となる。

本発明実施形態の接触式プローブと多関節アーム型三次元形状測定用プローブ装置の構成図である。 被測定対象物を測定する時の接触式プローブの説明図である。 従来の多関節アーム型三次元形状測定装置の構成図である。

符号の説明

１…接触式プローブ、１ａ…接触子、１ｂ…シャフト、１ｃ…接続用スレッド、１ｂ、１ｃ…プローブ構成部品、１ｄ…端子、２ａ、２ｂ…電線、３…導通チェック装置、３ａ、３ｂ…電極端子、３ｃ…報知手段、３ｄ…調整手段、４ａ、４ｂ…ワニ口クリップ、５…被測定対象物、５ａ、５ｂ…羽根、５ｃ…側板、６…多関節アーム型三次元形状測定装置、３１…測定装置本体、３２…支持部、３３ａ…上腕、３３ｂ…前腕、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ…エンコーダ、３５…ハンドル、３６…接触式プローブ、３６ａ…接触子、３７…プローブアダプタ、３８…バッテリー、３９…制御端末、４０…被測定対象物。

Claims (7)

1. プローブ先端の接触子を被測定対象物に接触させて形状を測定する三次元形状測定用プローブ装置において、
   前記プローブは先端の接触子とこの接触子を支えるプローブ構成部品で構成され、前記プローブ構成部品が被測定対象物に接触していることを検知する干渉検知手段を備えたことを特徴とする三次元形状測定用プローブ装置。
2. 前記プローブの接触子は電気的絶縁材料で製作または表面処理され、前記プローブ構成部品は導電材料で製作または表面処理され、前記干渉検知手段は前記プローブ構成部品と被測定対象物との電気的導通を検知する導通チェック装置であることを特徴とする請求項１記載の三次元形状測定用プローブ装置。
3. 前記導通チェック装置は、プローブ構成部品と被測定対象物が電気的に接触したとき、ブザーまたはランプ点灯により導通状態であることを報知する報知手段を備えたことを特徴とする請求項２記載の三次元形状測定用プローブ装置。
4. 前記導通チェック装置は、前記プローブ構成部品と被測定対象物とに、着脱式に電線で接続されたことを特徴とする請求項２または３に記載の三次元形状測定用プローブ装置。
5. 前記導通チェック装置は、被測定対象物の電気抵抗率に応じて検出抵抗値を任意に調整する調整手段を備えたことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の三次元形状測定用プローブ装置。
6. プローブ先端の接触子を被測定対象物に接触させて形状を測定するに際し、前記プローブは先端の接触子とこの接触子を支えるプローブ構成部品で構成され、干渉検知手段により前記プローブ構成部品と被測定対象物との接触を検知することを特徴とするプローブの干渉検知方法。
7. 前記プローブ構成部品は導電材料で製作または表面処理され、干渉検知手段により前記プローブ構成部品と被測定対象物との電気的導通で両者の接触を検知することを特徴とする請求項６記載のプローブの干渉検知方法。

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