JP2010201559A

JP2010201559A - 機上測定システム

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Publication number: JP2010201559A
Application number: JP2009049699A
Authority: JP
Inventors: Manabu Yamazaki; 学山崎
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-03-03
Filing date: 2009-03-03
Publication date: 2010-09-16
Anticipated expiration: 2029-03-03
Also published as: JP5324260B2

Abstract

【課題】測定結果の測定精度の高い、ワークの３次元曲面形状を自動測定できる機上測定システムを提供する。
【解決手段】機上測定システム１００は、３次元的にＸＹＺ各軸方向に移動自在な主軸５１を備えた工作機械５０と、測定対象であるワークＷの近傍に設置され、それ自体では動力を持たない複数の関節部１６ａ、１６ｂ、１６ｃと複数のアーム部１５ａ、１５ｂ、１５ｃを有するとともに、その先端部１８に非接触式、または接触式の形状測定子９を設けられた多関節型アーム式測定器１０と、主軸５１に取り付けられ、形状測定子９がワークＷに臨むように先端部１８を主軸５１に取り付ける結合部２０と、結合部２０の形状が反映させ、測定しようとするワークＷの所望の箇所に形状測定子９を動かすように工作機械５０を移動させる測定経路プログラムを具備した制御部を含み、ワークＷを精度よく自動測定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、機上測定方法に係り、特に、金型等のワークに加工を施す工作機械上で、加工が施されたワークの３次元曲面形状を自動測定する機上測定システムに関する。

従来より、工作機械により加工された金型等のワークの曲面形状精度、寸法は、ノギス、マイクロメータ等の測定工具により測定され、加工精度の検査が行われていた。また変位検出形測定ヘッドを備えた３次元測定器に加工したワークを載せ替えて加工精度の検査が行われていた。この測定システムは人手を要したり、ワークの段取り替えをするため長時間を要し、かつ測定作業者の技能に左右され測定精度も不十分であった。

それゆえ近年、工作機械の主軸に測定ヘッドを装着し加工後のワークの形状精度や寸法を測定する測定システムが採用されるようになっている。具体的には、ＮＣ工作機械の主軸に測定ヘッドを装着してワークの形状精度や寸法を測定するＮＣ工作機械を用いた機上測定システムにおいて、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の変位量を検出可能な変位検出形測定ヘッドを用いて、その変位検出形測定ヘッドから出力される変位量と、工作機械から出力される位置データとに基づいてワークの形状精度や寸法を演算することによりワークの３次元曲面形状を自動測定する機上測定システムが提案されている。（特許文献１）。

特開平７−２０４９９０号公報

しかしながら、このような機上測定システムでは、工作機械から出力される位置データは、工作機械を制御するＮＣ（数値制御）制御装置の「指令座標値（ｘ、ｙ、ｚ）」を通して測定数値を読み取るため、ワークの３次元形状に関する測定結果は、結局工作機械の位置制御精度に依存し、測定精度が十分でないという問題がある。

本発明は、以上のような問題点を解決し、測定結果の測定精度の高い、ワークの３次元曲面形状を自動測定できる機上測定システムを提供することを目的とする。

（１）工作機械上で、測定対象となるワークを自動測定する機上測定システムであって、工作機械は、３次元的にＸＹＺ各軸方向に移動自在な主軸を備え、ワークの近傍に設置され、それ自体では動力を持たない複数の関節部と複数のアーム部を有するとともに、その先端部に非接触式、または接触式の形状測定子を設けられた多関節型アーム式測定器と、主軸に取り付けられ、形状測定子がワークに臨むように先端部を主軸に取り付ける結合部と、結合部の形状が反映させ、測定しようとするワークの所望の箇所に形状測定子を動かすように工作機械を移動させる測定経路プログラムを具備した制御部と、を備えた機上測定システム。
（１）の構成によれば、工作機械、その先端部に非接触式、または接触式の形状測定子を設けられた多関節型アーム式測定器、及び形状測定子を主軸に取り付ける結合部から機上測定システムが構成でき、結合部の形状を反映させた測定経路プログラムにより工作機械を移動させ、測定しようとするワークの所望の箇所に形状測定子を動かしその箇所の３次元形状を測定できる。従って、自動計測が可能であるとともに、形状測定子の位置の計測は多関節型アーム式測定器で行っているため測定精度を高くすることができる。
（２）多関節型アーム式測定器の設置位置は、予め、測定経路プログラムを用いて選定され、制御部の有する仮想空間上で確認できる、（１）に記載の機上測定システム。
（２）の構成によれば、工作機械を移動させる測定経路プログラムを用いて選定した望ましい多関節型アーム式測定器の設置位置を制御部の有する仮想空間上で確認できるため、多関節型アーム式測定器の設置精度を高めることができる。
（３）工作機械の主軸の近傍に設けられたレーザーポインタを更に備え、前記レーザーポインタは多関節型アーム式測定器の設置位置を指示する、（１）又は（２）に記載の機上測定システム。
（３）の構成によれば、レーザーポインタが多関節型アーム式測定器の設置位置を指示するので、多関節型アーム式測定器の設置精度を更に高めることができる

本発明によれば、測定結果の測定精度の高い、ワークの３次元曲面形状を自動測定できる機上測定システムを提供することができる。

本発明の実施形態に係る機上測定システムの概略図である。本機上測定システムの結合部に関する第１の変形例の概略図である。本機上測定システムの結合部に関する第２の変形例の概略図である。測定経路プログラムの作成要領フローチャートである。制御部メモリ内に定義する仮想空間の模式図である。本発明の実施形態に係る機上測定システムの動作フローチャートである。仮想空間内に展開した測定経路プログラムの模式図である。測定経路プログラム作成のためのテンプレートの模式図である。多関節型アーム式測定器の設置位置選定フローチャートである。

以下、図１乃至図９に基づき、本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明に係る機上測定システム１００の概略図を示す。機上測定システム１００は、ＮＣ工作機械５０、多関節型アーム式測定器１０、及び両者を結合する結合部２０から構成される。工作機械５０を設けた工作設備（図示しない）の床面５には治具ＷＢを用いて固定され、ＮＣ工作機械５０によって加工された測定対象となるワークＷが位置している。ワークＷの近傍の床面５に、多関節型アーム式測定器１０が配置されている。

まず、ＮＣ工作機械５０について説明する。ＮＣ工作機械５０は、公知のＮＣ工作機械でよく、外部から入力信号によってＸＹＺ各方向に３次元移動可能である。ＮＣ工作機械５０の主軸５１は、計測を行うとき、後述する結合部２０によって多関節型アーム式測定器１０の先端部１８に接続され、先端部１８を３次元移動可能に構成されている。このＮＣ工作機械５０は、機上測定システム１００の補助機構の役割を持っている。また、補助機構としてのＮＣ工作機械５０のＸＹＺ各方向のストロークは、後述する多関節型アーム式測定器１０の測定可能距離を越えないようになっている。

ＮＣ工作機械５０とワークＷとの位置関係は、ワークの基準面、基準点ＷＯ等を用いてワークＷに加工を施す前に調整されているため、既に関連付けられている。なお、ＮＣ工作機械５０のＸＹＺ各方向の原点は、ワークＷの基準点ＷＯであることが好ましい。

機上測定システム１００の近傍で、特に測定に支障の無い場所には、図示しない配線又は無線で接続された制御部１０１が設けてあり、各構成機器の駆動制御や状態監視、データ管理を行う。

多関節型アーム式測定器１０は、測定器本体１２上に複数の関節部とアーム部と先端部と先端部に設けられた形状測定子からなる。具体的には、測定器本体１２上に設けた無限回転する測定器ひねり可動部１７ａに取り付けられた関節部１６ａにアーム部１５ａの一端部が取り付けられている。さらに、アーム部１５ａの他端部に取り付けられている無限回転する測定器ひねり可動部１７ｂに、関節部１６ｂを介してアーム部１５ｂの一端部が取り付けられている。アーム部１５ｂの他端部には、無限回転する測定器ひねり可動部１７ｃが取り付けられ、測定器ひねり可動部１７ｃには関節部１６ｃが取り付けられ、関節部１６ｃには測定器手先部１５ｃの一端部が取り付けられている。測定器手先部１５ｃの他端部には先端部１８が無限回転可能に設けてあり、この先端部１８には、接触式、または非接触式の形状測定子９が取り付けてある。

以上は、自由度７のタイプの多関節型アーム式測定器の構成であるが、例えば先端部１８が測定器手先部１５ｃと一体になった自由度６のタイプのものであってもよい。

多関節型アーム式測定器１０は、その内部に上下方向の位置を検出する検出手段、及び昇降機能を備えた昇降台１１によって床面５に配置され、その設置高さを微調整可能となっている。

ここで、測定器本体１２と測定器ひねり可動部１７ａの回転軸をＣＬ１、関節部１６ａの回転軸をＣＬ２、アーム部１５ａと測定器ひねり可動部１７ｂの回転軸をＣＬ３、関節部１６ｂの回転軸をＣＬ４、アーム部１５ｂと測定器ひねり可動部１７ｃの回転軸をＣＬ５、関節部１６ｃの回転軸をＣＬ６、測定器手先部１５ｃと先端部１８の回転軸をＣＬ７とすると、ＣＬ１とＣＬ２、ＣＬ２とＣＬ３，ＣＬ３とＣＬ４、ＣＬ４とＣＬ５、ＣＬ５とＣＬ６、ＣＬ６とＣＬ７は、それぞれ直交する、または直交する直線から平行移動した位置になるように構成されている。

多関節型アーム式測定器１０は、接触式、または非接触式の形状測定子９によって指示した非測定物であるワーク加工面ＷＳの部位の位置情報を、各測定器関節部１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、測定器ひねり可動部１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、先端部１８の７箇所設けてある各々のエンコーダ等の角度検出機構（図示しない）によって検出した各角度情報、及び昇降台１１の高さ（多関節型アーム式測定器１０の底面の床面５からの距離）から、特定可能である。具体的には、多関節型アーム式測定器１０の各関節の極座標とアームの向きとで各アーム・ベクトルを算出し、各アーム・ベクトルを足し合わせることで形状測定子９の正確な座標位置を算出できる。各角度検出機構の検出値は、例えば測定器本体１２内部のデータ出力機構（図示しない）を介して制御部１０１へデータ出力可能となっている。

結合部２０は、以下の構成となっている。ＮＣ工作機械５０の主軸５１には、実質的にハーフパイプ形状のホルダ６０が主軸５１に対して回転可能に取り付けられている。ＮＣ工作機械５０と多関節型アーム式測定器１０を結合するとき、ホルダ６０の内部に多関節型アーム式測定器１０の先端部１８が収納され、先端部１８は、先端部１８に取り付けられている形状測定子９がワークＷの測定対象曲面ＷＳに臨むように、ホルダ６０に設けられたストッパ６１によってホルダ６０に脱着可能に固定される。なお、形状測定子９は、主軸５１の中心軸上であって、主軸５１の基準位置から下に向かって距離Ｚ１の位置になるように構成されている。距離Ｚ１は適宜選択可能である。

形状測定子９は、上述の通りＮＣ工作機械５０の主軸５１に既知の位置関係で結合されているため、ＮＣ工作機械５０を入力信号によって移動させることにより、所望のＸＹＺ各方向に３次元移動可能である。この構成によって、機上測定システム１００は、ワークＷの測定対象曲面ＷＳの測定したい所望の箇所に応じた、後述する測定経路プログラムＰを用いてＮＣ工作機械５０を移動させることによって形状測定子９を移動させ、形状測定子９によって指示したワークＷの測定対象曲面ＷＳの部位の位置情報を、多関節型アーム式測定器１０を通じて取得する。従って、被測定物であるワーク加工面ＷＳを、あたかもペイントブラシの如く走査させることにより、大規模な座標点群を取得する。

以上、結合部２０について説明したが、ＮＣ工作機械５０と多関節型アーム式測定器１０とを結合する結合部はこれに限定されるものでなく、様々な変形例が可能である。

図２は、第１の変形例に係る結合部２１の構成を示す。第１の変形例は、結合部２０のホルダ６０及びストッパ６１とは異なるスペーサ７０を有している。スペーサ７０は、剛性体であって、主軸取り付け部７１、測定器取り付け部７３、及びそれらを連結するスペーサアーム部７２から構成されている。主軸取り付け部７１は、実質的に円柱状内面を有する孔７５を備え、孔７５を主軸５１に嵌めると共に主軸取り付け部７１に設けられたクランプ（図示しない）を締めることによって主軸５１に固定されている。測定器取り付け部７３は、実質的に円柱状内面を有する孔７６を備えている。ＮＣ工作機械５０と多関節型アーム式測定器１０を結合するとき、孔７６に先端部１８が収納され、先端部１８は、先端部１８に取り付けられている形状測定子９がワークＷの測定対象曲面ＷＳに臨むように、測定器取り付け部７３に設けられたクランプ（図示しない）によってホルダ６０に脱着可能に固定される。スペーサアーム部７２はその途中にスライダ７４を有し、主軸取り付け部７１と測定器取り付け部７３との間の距離を調整し、固定できる。

スペーサ７０は、主軸５１への取り付け位置、角度、及び主軸取り付け部７１と測定器取り付け部７３との間の距離を調整することにより、形状測定子９の位置を主軸基準位置からＸＹＺ各方向に例えば、Ｘ２、Ｙ２、Ｚ２だけ変位させることができる。すなわち、ＮＣ工作機械５０の主軸５１の位置をＸ、Ｙ、Ｚとすることにより、形状測定子９の位置をＸ＋Ｘ２、Ｙ＋Ｙ２、Ｚ＋Ｚ２にできる。この第１の変形例においても、機上測定システム１００は、ワークＷの測定対象曲面ＷＳの測定したい所望の箇所に応じた、後述する測定経路プログラムＰを用いてＮＣ工作機械５０を移動させることによって形状測定子９を移動させ、形状測定子９によって指示したワークＷの測定対象曲面ＷＳの部位の位置情報を、多関節型アーム式測定器１０を通じて取得できる。

図３は、第２の変形例に係る結合部２２の構成を示す。第２の変形例に係る結合部２２は、結合部２０のホルダ６０及びストッパ６１、結合部２１のスペーサ７０とは異なる、先端部１８の姿勢を調整するためのθＸ軸回転ユニット８１、θＹ軸回転ユニット８２及びθＺ軸回転ユニット８３を有している。これによって、先端部１８に取り付けてある形状測定子９の指示する向きを調整するように構成してある。

θＸ軸回転ユニット８１は、先端部１８を主軸５１に固定する役割を兼ねている。すなわち、主軸５１にブラケット８０を介して固定されたθＸ軸回転ユニット８１にθＹ軸回転ユニット８２が取り付けられ、このθＹ軸回転ユニット８２にθＺ軸回転ユニット８３が設けられ、このθＺ軸回転ユニット８３が先端部１８に取り付けられている。この第２の変形例によれば、機上測定システム１００は、ワークＷの測定対象曲面ＷＳの測定したい所望の箇所に応じた、後述する測定経路プログラムＰを用いてＮＣ工作機械５０を移動させることによって形状測定子９を移動させるとともに、形状測定子９の姿勢をθＸ、θＹ、θＺにすることにより、形状測定子９によって指示したワークＷの測定対象曲面ＷＳの部位の位置情報を、多関節型アーム式測定器１０を通じて取得できる。

また、本実施形態の結合部２０における主軸５１とホルダ６０との間の接合部、第１の変形例の結合部２１における主軸５１とスペーサ７０との間の接合部、及び第の変形例の結合部２２における主軸５１とブラケット８０との間の接合部には、ＸＹＺ各方向に対する圧力検知機構が設けられており、制御部１０１（端末）は圧力検知機構からの信号に応じて、実行中の３次元測定の続行あるいは中断を判定する。さらに、これらの接合部は、先端部１８に対して規定値以上の屈曲反力、またはワークＷとの接触による反力が加われば脱落するよう設けてある。これにより、形状測定子９や多関節型アーム式測定器１０の破損を極力防止するよう配慮してある。

図４に、測定経路プログラムＰの作成フローチャートを示す。また、図５に制御部１０１（端末）のメモリ内に定義する仮想空間の模式図を示す。測定経路プログラムＰとは、測定したい測定対象曲面ＷＳに対応した形状測定子９の移動経路である。本発明では、この測定経路プログラムＰに基づき、形状測定子９を実際の測定対象曲面ＷＳ上に移動させ、接触あるいは非接触にて測定対象曲面ＷＳの表面形状の３次元座標点群を取得するものである。

また、図５では、模式図で示しているが、実際にはデータとしてメモリに記録されているものである。本図において、９１はＮＣ工作機械５０、結合部２０、２１、２２、及び形状測定子９を含む多関節型アーム式測定器１０を構成する形状データ群（図１参照）、９２は実際の測定対象物であるワークＷに対応する３次元ＣＡＤデータ、９２Ｓは３次元ＣＡＤデータ９２内の測定対象面（測定対象曲面ＷＳに対応）、９４は仮想空間（装置全体を含む空間）、９５は仮想空間９４の原点をそれぞれ示す。

以下、本フローチャートを参照し、測定経路プログラムＰの作成について説明する。

まず仮想空間９４を定義する（ステップ４１）。この仮想空間９４は、測定経路プログラムＰの作成や、３次元測定で取得した座標点群の格納のために、制御部１０１（端末）のメモリ内に定義するものである。仮想空間９４は、実際の３次元測定における寸法の概念を有している。また、原点９５は、ワークＷの基準点ＷＯに対応している。

次に、モデルデータとして形状データ群９１を仮想空間９４に入力する（ステップ４２）。形状データ群９１は、多関節型アーム式測定器の形状データ及び設置位置（原点９５を基準とした位置）、ＮＣ工作機械等の形状データ、及び使用する結合部によるＮＣ工作機械と多関節型アーム式測定器との間の位置関係に関するデータを含む。次に、３次元ＣＡＤデータ９２を同じく仮想空間９４に入力する（ステップ４３）。

制御部１０１（端末）は、入力された形状データ群９１と、３次元ＣＡＤデータ９２及び実際のＮＣ工作機械５０のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の位置情報、各θ軸ユニットの角度情報を用いて、形状データ群９１を実際の状態となるように、仮想空間９４上に立体的に配置、移動させることが可能となっている。なお、形状データ群９１は実物と同形状となるよう作成してあるため、実物との照合、確認が容易である。また、制御部１０１の性能に応じて、測定経路プログラムＰの作成あるいは実際の３次元測定時に支障ない範囲で、簡略化あるいは複雑化することが可能である。

この仮想空間９４に、３次元ＣＡＤデータ９２を入力する際、実際に機上測定される測定対象物であるワークＷと、仮想空間９４の該当箇所に配置する３次元ＣＡＤデータ９２とを等しい位置関係となるように位置合せする。具体的には、多関節型アーム式測定器１０を実際の測定対象物であるワークＷの近傍に設置した後に、測定対象物の特徴となる要素を抽出し、抽出した要素とそれに対応する３次元ＣＡＤデータ９２の要素との位置関係が一致するように３次元ＣＡＤデータ９２を位置合せする。抽出する要素は、実際の測定対象物の位置関係が把握可能な金型基準点ＷＯ、平面、その他特徴点等の組合せである。これらは、多関節型アーム式測定器１０の形状測定子９によって自動あるいは手動で取得してよい。

把握可能となった位置関係に関する情報から原点を割り出し、仮想空間９４と多関節型アーム式測定器１０にフィードバックすることで、結果、機上測定システムと多関節型アーム式測定器１０との座標系が一致する。更に、原点９５をワークＷの基準点ＷＯに対応させる。

以下、前述図４の測定対象面抽出工程であるステップ４４について説明する。本発明では、３次元ＣＡＤデータ９２に対応する測定対象物の３次元測定において、予め定義した測定したい面のみを３次元測定できる。測定したい面すなわち測定対象面は、サーフェスと呼ばれる３次元ＣＡＤデータ９２における面を構成する要素毎に、測定対象とするか否かを指定することにより特定できる。（ステップ４４）。

図７に、仮想空間内の被測定物の１測定面（図５の９２Ｓの面）を展開したときの模式図を示す。本図において、９０ａは中継ポイント情報の定義始点、９１ａは定義始点９０ａにおける形状データ群の中の形状測定子、９０ｚは中継ポイント情報の定義終点、９１ｚは定義終点９０ｚにおける形状データ群の中の形状測定子、９７は座標点群、９６は走査方向、９８は分割測定対象面、９１１は形状測定子が例えば非接触式の場合における仮想空間におけるラインレーザ光、９１２は仮想空間における投影ラインレーザ光、９２Ｓは３次元ＣＡＤデータの測定対象面をそれぞれ示す。なお、仮想空間におけるラインレーザ光９１１、仮想空間における投影ラインレーザ光９１２はそれぞれ実際の３次元測定のものと同等の作用を仮想空間９４内に及ぼすものとする。以下、前述図４のステップ４５、４６について説明する。

まず測定経路プログラム作成面を指定する（ステップ４５）。測定経路プログラムＰは、形状測定子９が移動しつつ測定するための、複数の中継ポイント情報群からなる。次に指定された作成面に関して測定経路プログラムＰを作成する（ステップ４６）。各中継ポイント情報には、当該中継ポイントにおける先端部１８（図１、２及び３参照）の位置情報と、次中継ポイントへの移動関連情報が格納してある。位置情報は、ＮＣ工作機械５０のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれの位置情報から構成される。位置情報は、θＸ軸回転ユニット８１、θＹ軸回転ユニット８２、θＺ軸回転ユニット８３それぞれの角度情報（以下、姿勢情報と称す）を含む位置姿勢情報であってもよい。

移動関連情報は主に、形状測定子９の移動順位、移動速度情報、測定動作信号から構成される。ここで、測定動作信号とは、次中継ポイントへの移動時に３次元計測を行う、あるいは行わない、のいずれかの情報を格納した信号である。

３次元測定中の形状測定子９の移動速度について、本発明では、中継ポイント間移動速度を一定で行う場合と、走査移動速度を一定で行う場合との、二通りの測定速度を、測定したい面に応じて使い分ける。特に、測定したい面が比較的起伏が激しく、各中継ポイントにおいて頻繁に前記位置姿勢情報を変更し、そのため実際の３次元測定において装置が著しく大きく動作する場面には、中継ポイント間移動速度を一定で行うようにする。また、測定したい面内においても、この二通りの測定速度を適宜適用しても良い。いずれの測定速度も、ＮＣ工作機械５０の各軸もしくは各θ軸回転ユニットの最大駆動速度の範囲を超えないよう設定する。各中継ポイント情報は、測定対象面９２Ｓを任意の分割測定対象面９８に分割し、各分割測定対象面９８に対して３次元測定可能な前記位置姿勢情報となるように作成する。

任意の分割測定対象面９８に対して３次元測定可能な中継ポイント情報は、以下の如く作成する。まず、前記位置姿勢情報を「基準状態」にセットする。ここで「基準状態」とは、分割測定対象面９８に対して、形状測定子９が例えば非接触式の場合、形状測定子９からのラインレーザ光が垂直をなし、かつ適切な距離を保つことが可能な形状測定子９の位置および姿勢である。仮想空間９４において、形状測定子９１ｄを「基準状態」にセットした後、それに対応させて形状データ群９１を再構築し、３次元ＣＡＤデータ９２あるいは他の３次元ＣＡＤデータ構成要素との接触判定を行う。ここで、接触すると判定した場合、形状データ群９１と３次元ＣＡＤデータ９２と接触しない位置となるように、位置姿勢情報を探索する。このようにして、最終的に適正な位置姿勢情報を割り出す。位置姿勢情報を割り出した後、中継ポイントには移動順位を割り付ける。

図８（ａ）及び（ｂ）に、測定経路プログラムＰ作成のためのテンプレートの模式図を示す。本図において、９２Ｓは３次元ＣＡＤデータの測定対象面、９０ａは中継ポイント情報の定義始点、９０ｚは中継ポイント情報の定義終点、９７は座標点群、９６ａ、９６ｂ（実線矢印部）は走査方向、９８ａ（点線矢印部）は送り方向をそれぞれ示す。

測定経路プログラムＰは、事前に定義した測定経路プログラムＰのパターン、いわゆるテンプレートを、測定対象面毎に適用して作成する。テンプレートは、中継ポイント情報の定義始点９０ａと、中継ポイント情報の定義終点９０ｚ、各走査方向，各送り方向がそれぞれ定義されている。各走査方向は、実際に３次元座標点群９７を取得するための形状測定子９の動作を示し、各送り方向は、３次元座標点群９７を取得しない形状測定子９の移動を示している。また、各送り方向の送り移動量は、各走査方向での３次元座標点群９７取得幅と同じか、それよりも少なくして３次元座標点群９７の端部が重複するようにするとよい。なお、テンプレートは図８（ａ）及び（ｂ）に示すものに限定することはなく、より多くのテンプレートを準備し、適用してよい。

次に測定経路プログラムＰの評価を実施する（ステップ４７）。

同じ測定対象面９２Ｓに対して、この複数のテンプレートに基づき各中継ポイントを定義する。規定のテンプレート数の測定経路プログラムＰを定義した後、その中から選定基準に基づき、実際に３次元測定に適用する測定経路プログラムＰを選定する。

テンプレートの選定基準は以下の通りである。すなわち、その面に対する測定が短時間で行うことが可能であること、形状測定子９の姿勢情報を頻繁に更新しないもの、極端に鋭角をなす姿勢情報がないもの、等である。ここで、複数のテンプレート内の測定経路プログラムＰが相補的な測定結果となり得る場合、それらを組合せ、再構築した後、再度テンプレートの選出基準に基づき選出を行う。

上記動作を、３次元測定が必要な測定対象面について全て適用する（ステップ４８）。全ての測定対象面について測定経路プログラムＰが作成されると作成が終了される。

なお、実際の３次元測定において、機上測定システムは、作成された測定経路プログラムＰの各中継ポイント情報の移動順位に従い、先端部１８を移動させつつ、３次元座標点群９７を取得する。

図６に、本実施形態に基づく機上測定システムの動作フローチャートを示す。本図を用いて以下、機上測定システムによる３次元測定プロセスについて説明する。

先ず、ＮＣ工作機械の初期設定を行う（ステップ３１）。この初期設定は、３次元測定に備えた、ＮＣ工作機械５０の各軸もしくは各θ軸回転ユニットの動作チェック、及びＮＣ工作機械５０の各軸および各θ軸ユニットのワークＷの基準点ＷＯに対する原点位置合せである。次に、多関節型アーム式測定器１０の初期設定を行う（ステップ３２）。この初期設定は、多関節型アーム式測定器１０のエンコーダ動作チェック、形状測定子９のキャリブレーションがある。

次に、多関節型アーム式測定器１０の設置位置指示を行う（ステップ３３）。その後、このステップ３３の設置位置指示に基づき、指示された箇所に多関節型アーム式測定器１０を設置し、ＮＣ工作機械５０と結合部により結合する（ステップ３４）。その後、ワークＷの形状データである３次元ＣＡＤデータ９２と、多関節型アーム式測定器１０、及び用いる結合部を含む機上測定システム１００を構成する形状データ群９１とから、測定経路プログラムＰを作成する（ステップ３５）。なお、これによって、機上測定システム１００が有する座標系と、多関節型アーム式測定器１０の測定座標系が一致する。

続いて、作成した測定経路プログラムＰに基づき３次元測定を行う（ステップ３６）。上述のステップ３５で定義した測定対象面を全て３次元測定した時点（ステップ３７）で計測は終了である。

最後に、取得した座標点群９７と、３次元ＣＡＤデータ９２Ｓとの比較評価を行う（ステップ３８）。比較評価結果は、両者の差異を可視的なカラーコンター化や、数値的なヒストグラム化等、測定者が容易に把握可能な表示形態であるのが望ましい。

図９に、多関節型アーム式測定器の設置位置選定を行うフローチャートを示す。先ず、仮想空間９４内で、ワークＷ近傍における複数の設置候補位置を設定する（ステップ１３１）。これらの設置候補位置は、それぞれ仮想空間９４の原点９５を基準とするＸ軸Ｙ軸の数値で定義され、算出負荷を考慮して適宜その個数を選択できる。次に、それぞれの設置候補位置に対して、測定経路プログラムＰを算出する（ステップ１３２）。ここでの測定経路プログラムＰは、図４で示したステップ４１からステップ４８と同じであってよいが、ステップ１３３の最適設置位置の選定に支障ない範囲で簡略化してもよい。最後に、多関節型アーム式測定器の最適設置位置の選定を行う（ステップ１３３）。最適設置位置の選定基準は、上述のステップ３５で定義した測定対象面を全て３次元測定できることに加えて、例えば、中継ポイント間の移動速度（図７記載）の累積値と、中継ポイント間の移動距離の累積値からそれぞれの設置候補位置における測定終了までの所要時間を割り出し、最短の設置候補位置を最適設置位置に選定するという基準であってよい。

以上説明した図９に示す多関節型アーム式測定器の設置位置選定は、上述のステップ３３の多関節型アーム式測定器１０の設置位置指示のタイミングで行うことも可能であるが、予め（例えば、ＮＣ工作機械５０がワークＷに加工を施している間に）行うことも可能である。ステップ３３の設置位置指示は、その位置を制御部１０１に表示することで行うことが可能であるが、その位置を床面５に示すポインタによって行うことも可能である。ポインタは、例えば、図１に示すようにレーザーポインタ１０２をＮＣ工作機械５０の主軸５１近傍に設置し、制御部１０１からの指示に基づきＮＣ工作機械５０を移動させ、取り付けられたレーザーポインタ１０２が光点で床面５を指し示すように構成できる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

９形状測定子
１０多関節型アーム式測定器
１５ａ、１５ｂ、１５ｃアーム部
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ関節部
１８先端部
２０、２１、２２結合部
５０工作機械
５１主軸
９４仮想空間
１００機上測定システム
１０１制御部
１０２レーザーポインタ
Ｐ測定経路プログラム
Ｗワーク（測定対象）

Claims

工作機械上で、測定対象となるワークを自動測定する機上測定システムであって、
前記工作機械は、３次元的にＸＹＺ各軸方向に移動自在な主軸を備え、
前記ワークの近傍に設置され、それ自体では動力を持たない複数の関節部と複数のアーム部を有するとともに、その先端部に非接触式、または接触式の形状測定子を設けられた多関節型アーム式測定器と、
前記主軸に取り付けられ、前記形状測定子が前記ワークに臨むように前記先端部を前記主軸に取り付ける結合部と、
前記結合部の形状が反映させ、測定しようとする前記ワークの所望の箇所に前記形状測定子を動かすように前記工作機械を移動させる測定経路プログラムを具備した制御部と、を備えた機上測定システム。
前記多関節型アーム式測定器の設置位置は、予め、前記測定経路プログラムを用いて選定され、前記制御部の有する仮想空間上で確認できる、請求項１に記載の機上測定システム。
前記工作機械の前記主軸の近傍に設けられたレーザーポインタを更に備え、前記レーザーポインタは前記多関節型アーム式測定器の設置位置を指示する、請求項１又は請求項２に記載の機上測定システム。