JP2012202823A - 三次元計測治具及びこれを用いた三次元計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】計測対象物における孔の三次元座標を正確に計測することが可能である三次元計測治具及びこれを用いた三次元計測方法を提供する。
【解決手段】レーザ測定機ＬによってワークＷにおける孔Ｗｈの三次元座標を得るのに用いられるリフレクタＲを保持する三次元計測治具１であって、立形ＮＣフライス盤１０のスピンドル軸１２に取り外し可能に装着される連結部２と、立形ＮＣフライス盤１０の動作によりワークＷの孔ＷｈにリフレクタＲを相対的に接近させ、且つ、該ワークＷにおける孔Ｗｈの縁にリフレクタＲが接触した時点でリフレクタＲを孔Ｗｈに押し付け可能なターゲット保持機構３を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、加工物や構造物等の計測対象物における孔の三次元座標を得るのに用いられる三次元計測治具及びこれを用いた三次元計測方法に関するものである。

計測対象物、例えば、平板にＮＣ加工機を用いて孔を形成する場合、まず、テーブル上に載置した平板の任意の位置に機械原点に基づいて加工原点を定め、この加工原点を基準として設定される所定位置にドリルやエンドミル等の孔あけ工具が装着されたスピンドル軸を相対的に移動させて孔あけ加工を行うようになっている。

従来において、特許文献１に開示されているように、上記したような孔の位置を含めて孔の形状や平板の面粗度等をも求め得る測定方法が知られている。
この測定方法は、孔あけ加工後にスピンドル軸に撮像装置を取り付けて、平板を加工機のテーブルから取り外さずに撮影し、これで得た画像に基づいて孔の位置や孔の形状や平板の面粗度等を求めるようになっている。

特許第3515023号

上記したように、ＮＣ加工機を用いて平板に孔を形成する際には、孔を平板の所定箇所にほとんど位置ずれなく形成することができるものの、例えば、平板に複数の孔を形成する際には、ＮＣ加工機のテーブル及びスピンドル軸における相互の動きの精度、すなわち、ＮＣ加工機の機械加工精度の良し悪しによって、複数の孔同士の相対位置関係にずれが生じる可能性がある。

このような場合に、上記した従来における測定方法によって複数の孔の各位置を把握しようとしても、スピンドル軸に撮像装置を取り付けて測定を行う以上、ＮＣ加工機の機械加工精度の影響を受けることに変わりはなく、したがって、複数の孔の各位置を正確に計測することができないという問題があり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、例えば、ＮＣ加工機を用いて平板に複数の孔を形成する場合において、ＮＣ加工機の機械加工精度の影響を受けることなく、複数の孔の各位置を正確に計測することが可能になる三次元計測治具及びこれを用いた三次元計測方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、レーザ測定機によって加工物や構造物等の計測対象物における孔の三次元座標を得るのに用いられる反射ターゲットを保持する三次元計測治具であって、ＮＣ加工機のスピンドル軸側に取り外し可能に装着される連結部と、前記ＮＣ加工機の動作により前記計測対象物における孔に前記反射ターゲットを前記連結部とともに相対的に接近させ、且つ、該計測対象物における孔の縁に前記反射ターゲットが接触した時点で該反射ターゲットを前記計測対象物における孔に載置又は押し付け可能なターゲット保持機構を備えている構成としたことを特徴としており、この構成の三次元計測治具を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

また、本発明の請求項２に係る三次元計測治具において、前記ターゲット保持機構は、前記反射ターゲットを固定して前記ＮＣ加工機のスピンドル軸に沿う方向に往復移動可能としたターゲット固定部と、このターゲット固定部に対して前記スピンドル軸から離間する方向の力を与える圧縮コイルばね等の離間力付与手段を具備している構成としている。

さらに、本発明の請求項３に係る三次元計測治具において、前記ターゲット保持機構は、前記反射ターゲットを該反射ターゲットの最下点及びその近傍部分が下方に突出した状態で且つ上方に移動可能に嵌め込んで保持する保持孔を有するホルダを具備している構成としている。

一方、本発明の請求項４に係る発明は、請求項１に記載の三次元計測治具を用いて、計測対象物における孔の三次元座標を計測するに際して、前記三次元計測治具の連結部をＮＣ加工機のスピンドル軸側に装着すると共に、前記ターゲット保持機構に前記反射ターゲットを保持させた後、前記ＮＣ加工機を動作させて、前記ターゲット保持機構に保持された前記反射ターゲットを前記計測対象物における孔に相対的に接近させ、前記計測対象物における孔の縁に前記反射ターゲットが接触した時点で、前記ターゲット保持機構により前記反射ターゲットを前記計測対象物の孔に載置又は押し付けるのに続いて、前記反射ターゲットに対するレーザ光の送受信をレーザ測定機により行って、該反射ターゲットの三次元座標を求める構成としている。

本発明に係る三次元計測治具及びこの三次元計測治具を用いた計測方法において、反射ターゲットとして受光窓を有する球状のリフレクタを用いることができ、このリフレクタでは、受光窓を通してレーザ測定機からのレーザ光の受信及び送信を行うことで、リフレクタの中心の座標が得られるようになっている。
また、レーザ測定機として、セオドライト（トランシット）やこのセオドライトと光波測距儀を組み合わせたトータルステーションを採用した場合には、反射ターゲットにプリズムを用いることができ、レーザ測定機としてレーザスキャナを用いた場合には、反射ターゲットに真球を用いることができる。

本発明に係る三次元計測治具及びこの三次元計測治具を用いた計測方法では、計測対象物に孔を形成したＮＣ加工機によって、反射ターゲットを孔にセットすることができるので、すなわち、孔をあける際に使用した数値制御を用いて、反射ターゲットを孔にセットすることができるので、例えば、ＮＣ加工機によって計測対象物に複数の孔を形成する場合には、複数の孔の位置計測作業が容易なものとなる。

また、ＮＣ加工機とは別系統のレーザ測定機により計測を行うので、ＮＣ加工機によって計測対象物に複数の孔を形成する場合であったとしても、ＮＣ加工機の機械加工精度の影響を受けずに、複数の孔の各三次元座標を正確に計測し得ることとなる。

さらに、本発明の請求項２に係る三次元計測治具において、ターゲット保持機構のターゲット固定部に保持された反射ターゲットは、スピンドル軸に沿う方向に往復移動可能となっているので、例えば、計測対象物が平板状を成している場合において、この計測対象物に歪みが生じていたとしても、この歪による孔開口部分の鉛直方向の位置ずれを吸収し得ることとなる。

さらにまた、本発明の請求項３に係る三次元計測治具において、ターゲット保持機構のホルダに保持された反射ターゲットは、ホルダに対して上方に移動可能となっているので、例えば、計測対象物が平板状を成している場合において、この計測対象物に歪みが生じていたとしても、この歪による孔開口部分の鉛直方向の位置ずれを吸収し得ることとなるうえ、反射ターゲットをホルダの保持孔に嵌合させているだけなので、構造の容易化が図られることとなる。

本発明に係る三次元計測治具では、上記した構成としているので、例えば、ＮＣ加工機を用いて平板に複数の孔を形成する場合には、ＮＣ加工機の機械加工精度の影響を受けることなく、複数の孔の各位置を正確に計測することが可能になるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明に係る三次元計測治具の一実施例を示す反射ターゲットとしてのリフレクタを保持している状態の断面説明図（ａ）及びリフレクタ部分での平面説明図（ｂ）である。 図１の三次元計測治具を用いて孔の三次元計測を行っている状況を示す計測状況説明図である。 本発明に係る三次元計測治具の他の実施例を示す反射ターゲットとしてのリフレクタを保持している状態の断面説明図（ａ）及びリフレクタ部分での平面説明図（ｂ）である。 図３の三次元計測治具を用いて孔の三次元計測を行う際のリフレクタが計測対象物の孔に接近した状態の部分拡大断面説明図（ａ）及びリフレクタが計測対象物の孔に載って三次元計測を行っている状態の部分拡大断面説明図（ｂ）である。 レーザ測定機としてセオドライトを用いた場合に採用される反射ターゲットとしてのプリズムを示す斜視説明図である。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は本発明に係る三次元計測治具の一実施例を示しており、この実施例では、立形ＮＣフライス盤（ＮＣ加工機）１０で平板状のワーク（計測対象物）Ｗにあけた孔Ｗｈの位置を計測する場合を例に挙げて説明する。

図１（ａ）に示すように、この立形ＮＣフライス盤１０は、ワークＷを載置固定して水平面内で移動するテーブル１１と、ドリルやエンドミル等の工具を装着して鉛直方向に移動するスピンドル軸１２と、このスピンドル軸１２に対する工具交換を自動的に行う自動工具交換装置（図示省略）を備えている。

このような立形ＮＣフライス盤１０によってワークＷにあけられた孔Ｗｈの位置計測に用いられる三次元計測治具１は、立形ＮＣフライス盤１０のスピンドル軸１２に取り外し可能に装着される連結部２と、反射ターゲットとしての球状のリフレクタＲを保持するターゲット保持機構３を備えている。

連結部２は、立形ＮＣフライス盤１０のスピンドル軸１２に直接装着される上方水平プレート２１と、この上方水平プレート２１の一端部に下方に延出させた状態で固定される垂直プレート２２と、この垂直プレート２２の下端部に上方水平プレート２１と対向して固定される下方水平プレート２３を具備している。

一方、ターゲット保持機構３は、連結部２の上方水平プレート２１に鉛直方向に沿って設置されたシリンダ３１と、上端側がこのシリンダ３１に摺動自在に挿入され且つ下端側が連結部２の下方水平プレート２３を摺動自在に貫通するシリンダロッド３２と、このシリンダロッド３２の下端部に固定された二股ホルダ（ターゲット固定部）３３を具備している。リフレクタＲは、図１（ｂ）にも示すように、二股ホルダ３３の二股部３３ａに挟み込まれて受光窓Ｒａが閉ざされないようにして保持され、この二股ホルダ３３による保持状態において、リフレクタＲの中心がスピンドル軸１２の延長線上に位置するようになっている。

この場合、シリンダロッド３２の中間部分に設けた鍔部３４とシリンダ３１との間に、圧縮コイルばね（離間力付与手段）３５をロッド嵌装状態で介在させることで、二股ホルダ３３に保持されたリフレクタＲに対して、ワークＷに向かう方向の力（スピンドル軸１２から離間する方向の力）を与えるようになっている。

つまり、このターゲット保持機構３では、二股ホルダ３３でリフレクタＲを保持しつつ、立形ＮＣフライス盤１０のテーブル１１及びスピンドル軸１２の相互の動きにより、リフレクタＲをワークＷにおける孔Ｗｈに連結部２とともに相対的に接近させ、ワークＷにおける孔Ｗｈの縁にリフレクタＲが接触した時点で、圧縮コイルばね３５からの弾性力でこのリフレクタＲをワークＷの孔Ｗｈに押し付けることができるようになっている。

なお、図１及び図２における符号３６はストッパであり、シリンダロッド３２のシリンダ３１からの抜け落ちを防止している。また、符号３７は連結部２の下方水平プレート２３を摺動自在に貫通する振れ止めであり、リフレクタＲがシリンダロッド３２を中心にして旋回するのを防止している。

上記三次元計測治具１を用いて、立形ＮＣフライス盤１０により形成されたワークＷの孔Ｗｈの三次元座標を計測するに際しては、まず、孔Ｗｈの孔あけに用いたドリル等の工具と三次元計測治具１とを自動工具交換装置によって交換する。

次に、上記孔Ｗｈの孔あけに使用した数値制御により、立形ＮＣフライス盤１０のテーブル１１及びスピンドル軸１２に相互の動作を行わせて、図１（ａ）に示すように、ターゲット保持機構３の二股ホルダ３３に保持されたリフレクタＲをワークＷの孔Ｗｈに接近させる。

次いで、図２に示すように、ワークＷにおける孔Ｗｈの縁にリフレクタＲが接触した時点で、立形ＮＣフライス盤１０の動作を停止させて、リフレクタＲをワークＷの孔Ｗｈに押し付けた状態でセットする。

この後、リフレクタＲに対するレーザ光Ｌｒの送受信を首振り機能付きのレーザ測定機Ｌにより行って、リフレクタＲの中心の座標を算出し、このリフレクタＲの中心の座標に基づいて、ワークＷの孔Ｗｈの三次元座標を求める。

このように、本実施例に係る三次元計測治具１及びこの三次元計測治具１を用いた計測方法では、ワークＷに孔Ｗｈを形成した立形ＮＣフライス盤１０によって、リフレクタＲを孔Ｗｈにセットするようにしているので、すなわち、孔Ｗｈの孔あけで使用した数値制御を用いて、リフレクタＲを孔Ｗｈにセットするようにしているので、例えば、立形ＮＣフライス盤１０を用いてワークＷに複数の孔Ｗｈを形成する場合には、複数の孔Ｗｈの位置計測作業が容易なものとなる。

また、立形ＮＣフライス盤１０とは別系統のレーザ測定機Ｌにより計測を行うので、上記のように、立形ＮＣフライス盤１０によってワークＷに複数の孔Ｗｈを形成する場合であったとしても、立形ＮＣフライス盤１０の機械加工精度の影響を受けずに、複数の孔Ｗｈの各三次元座標を正確に計測し得ることとなり、この際、立形ＮＣフライス盤１０のリフレクタＲのセット作業及びレーザ測定機Ｌによる計測を立形ＮＣフライス盤１０の制御系によりコントロールするように成せば、孔Ｗｈの孔あけから位置計測までを自動化し得ることとなる。

さらに、本実施例に係る三次元計測治具１及びこの三次元計測治具１を用いた計測方法において、ターゲット保持機構３の二股ホルダ３３に保持されたリフレクタＲは、ワークＷに向かう方向の力が付与されつつ鉛直方向上向きの動きが許容されているので、平板状を成すワークＷに歪みが生じていたとしても、この歪による孔Ｗｈの開口部における鉛直方向の位置ずれを吸収し得ることとなる。

さらにまた、本実施例に係る三次元計測治具１では、圧縮コイルばね３５からの弾性力によって、リフレクタＲをワークＷの孔Ｗｈに押し付けることができるようにしているので、平板状のワークＷに形成した孔Ｗｈの位置計測だけでなく、例えば、横形ＮＣフライス盤で垂直壁に形成した孔の位置計測にも用いることができる。

図３及び図４は本発明に係る三次元計測治具の他の実施例を示しており、この実施例に係る三次元計測治具１Ａでは、図３及び図４に示すように、連結部２の垂直プレート２２の下端部に、ターゲット保持機構４を構成するホルダ４１を上方水平プレート２１に対向させて固定している。この場合、ターゲット保持機構４のホルダ４１は、リフレクタＲを上方に移動可能に嵌合保持する保持孔４１ａを有している。この保持孔４１ａによるリフレクタＲの保持状態において、リフレクタＲの最下点及びその近傍部分が保持孔４１ａの下方に突出し、リフレクタＲの中心がスピンドル軸１２の延長線上に位置するようになっている。

なお、図３及び図４における符号４２はストッパであり、このストッパ４２に形成した角孔４２ａにリフレクタＲの最上点に設けた角ロッド４３を上下方向に移動可能に挿入することで、リフレクタＲが保持孔４１ａ内で回転したり傾いたりするのを防止している。

この三次元計測治具１Ａのターゲット保持機構４では、ホルダ４１の保持孔４１ａでリフレクタＲを保持しつつ、立形ＮＣフライス盤１０のテーブル１１及びスピンドル軸１２の相互の動きにより、リフレクタＲをワークＷにおける孔Ｗｈに連結部２とともに相対的に接近させ、ワークＷにおける孔Ｗｈの縁にリフレクタＲが接触した時点で、リフレクタＲをワークＷの孔Ｗｈに載置することができるようになっている。

上記した三次元計測治具１Ａを用いて、立形ＮＣフライス盤１０により形成されたワークＷの孔Ｗｈの三次元座標を計測するに際しては、まず、孔Ｗｈの孔あけに用いたドリル等の工具と三次元計測治具１Ａとを自動工具交換装置によって交換した後、上記孔Ｗｈの孔あけに使用した数値制御により、立形ＮＣフライス盤１０のテーブル１１及びスピンドル軸１２に相互の動作を行わせて、図４（ａ）に示すように、ターゲット保持機構４のホルダ４１に保持されたリフレクタＲをワークＷの孔Ｗｈに接近させる。

次いで、図４（ｂ）に示すように、ワークＷにおける孔Ｗｈの縁にリフレクタＲが接触した時点で、リフレクタＲをワークＷの孔Ｗｈに載置するのに続いて、リフレクタＲに対するレーザ光Ｌｒの送受信を行って、リフレクタＲの中心の座標を算出し、このリフレクタＲの中心の座標に基づいて、ワークＷの孔Ｗｈの三次元座標を求める。

このように、本実施例に係る三次元計測治具１Ａ及びこの三次元計測治具１Ａを用いた計測方法においても、ワークＷに孔Ｗｈを形成した立形ＮＣフライス盤１０によって、リフレクタＲを孔Ｗｈに載せることができるので、例えば、立形ＮＣフライス盤１０を用いてワークＷに複数の孔Ｗｈを形成する場合には、複数の孔Ｗｈの位置計測作業が容易なものとなり、加えて、立形ＮＣフライス盤１０とは別系統のレーザ測定機により計測を行うため、立形ＮＣフライス盤１０でワークＷに複数の孔Ｗｈを形成する場合に、立形ＮＣフライス盤１０の機械加工精度の影響を受けることなく、複数の孔Ｗｈの各三次元座標を正確に計測し得ることとなる。

また、本実施例に係る三次元計測治具１Ａ及びこの三次元計測治具１Ａを用いた計測方法において、ターゲット保持機構４のホルダ４１に保持されたリフレクタＲは、ホルダ４１に対して上方に移動可能となっているので、平板状を成すワークＷに歪みが生じていたとしても、この歪による孔Ｗｈの開口部における鉛直方向の位置ずれを吸収し得ることとなるうえ、リフレクタＲをホルダ４１の保持孔４１ａに嵌合させているだけなので、構造の容易化が図られることとなる。

上記した実施例では、ＮＣ加工機が自動工具交換装置を有する立形ＮＣフライス盤１０である場合を例に挙げて説明したが、ＮＣ加工機が自動工具交換装置を備えていることは必須ではなく、また、計測対象物も平板状のワークＷに限定されない。

本発明に係る三次元計測治具及びこれを用いた計測方法の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではなく、例えば、レーザ測定機として、セオドライトやトータルステーションを採用した場合には、図５に示すように、反射ターゲットとして、中心反射点Ｐｐを有するプリズムＰを用いることができるほか、レーザ測定機としてレーザスキャナを用いた場合には、反射ターゲットに真球を用いることができる。

１，１Ａ 三次元計測治具
２ 連結部
３，４ ターゲット保持機構
１０ 立形ＮＣフライス盤（ＮＣ加工機）
１２ 立形ＮＣフライス盤のスピンドル軸
３１ シリンダ（ターゲット保持機構）
３２ シリンダロッド（ターゲット保持機構）
３３ 二股ホルダ（ターゲット固定部；ターゲット保持機構）
３５ 圧縮コイルばね（離間力付与手段；ターゲット保持機構）
４１ ホルダ（ターゲット保持機構）
４１ａ 保持孔
Ｌ レーザ測定機
Ｌｒ レーザ光
Ｐ プリズム（反射ターゲット）
Ｒ リフレクタ（反射ターゲット）
Ｗ ワーク（計測対象物）
Ｗｈ 孔

Claims (4)

1. レーザ測定機によって加工物や構造物等の計測対象物における孔の三次元座標を得るのに用いられる反射ターゲットを保持する三次元計測治具であって、
   ＮＣ加工機のスピンドル軸側に取り外し可能に装着される連結部と、
   前記ＮＣ加工機の動作により前記計測対象物における孔に前記反射ターゲットを前記連結部とともに相対的に接近させ、且つ、該計測対象物における孔の縁に前記反射ターゲットが接触した時点で該反射ターゲットを前記計測対象物における孔に載置又は押し付け可能なターゲット保持機構を備えている
   ことを特徴とする三次元計測治具。
2. 前記ターゲット保持機構は、前記反射ターゲットを固定して前記ＮＣ加工機のスピンドル軸に沿う方向に往復移動可能としたターゲット固定部と、このターゲット固定部に対して前記スピンドル軸から離間する方向の力を与える離間力付与手段を具備している請求項１に記載の三次元計測治具。
3. 前記ターゲット保持機構は、前記反射ターゲットを該反射ターゲットの最下点及びその近傍部分が下方に突出した状態で且つ上方に移動可能に嵌め込んで保持する保持孔を有するホルダを具備している請求項１に記載の三次元計測治具。
4. 請求項１に記載の三次元計測治具を用いて、計測対象物における孔の三次元座標を計測するに際して、
   前記三次元計測治具の連結部をＮＣ加工機のスピンドル軸側に装着すると共に、前記ターゲット保持機構に前記反射ターゲットを保持させた後、
   前記ＮＣ加工機を動作させて、前記ターゲット保持機構に保持された前記反射ターゲットを前記計測対象物における孔に相対的に接近させ、
   前記計測対象物における孔の縁に前記反射ターゲットが接触した時点で、前記ターゲット保持機構により前記反射ターゲットを前記計測対象物の孔に載置又は押し付けるのに続いて、
   前記反射ターゲットに対するレーザ光の送受信をレーザ測定機により行って、該反射ターゲットの三次元座標を求める
   ことを特徴とする三次元計測治具を用いた計測方法。

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