JP2013145156A - 測定座標補正方法、及び三次元測定機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】測定座標補正方法は、ベース上に載置された被測定物の測定座標を補正する方法であって、被測定物の重量に関する情報を取得する重量取得ステップS1と、ベース上の被測定物の位置に関する情報を取得する位置取得ステップS2と、被測定物の重量、及び被測定物の位置に基づいて、被測定物の測定座標を補正する補正ステップS3とを備える。
【選択図】図5
Description
特許文献1に記載の測定座標補正方法は、以下の(1)〜(3)のステップを備える。
(1)三次元測定機に種々の重量の被測定物を載置した状態で、三次元測定機の幾何学誤差を計測し、その計測結果から各被測定物の重量毎に補正パラメータを求め、これら補正パラメータを記憶手段に記憶するステップ。
(2)測定すべき被測定物の重量を入力するステップ。
(3)上記(2)のステップで入力された被測定物の重量に対応した補正パラメータを記憶手段から読み出して、測定すべき被測定物の測定座標を補正するステップ。
しかしながら、特許文献1に記載の測定座標補正方法では、被測定物の重量のみに着目し、当該被測定物の重量のみに対応した補正パラメータにて測定すべき被測定物の測定座標を補正している。
すなわち、ベース上の被測定物の位置が異なればベースの変形の仕方も異なるものとなるところ、被測定物の重量のみに対応した補正パラメータにて測定座標を補正しているので、測定精度を十分に向上させることができない、という問題がある。
したがって、ベースの変形を適切に想定でき、被測定物の測定精度を十分に向上させることができる。
(A)制御装置は、重量取得ステップ及び位置取得ステップにおいて、利用者によりマウスやキーボード等の入力手段を介して入力された被測定物の重量、及びベース上の被測定物の位置に関する各情報を取得する。
(B)制御装置は、重量取得ステップにおいて、ベースに取り付けられた複数の重量センサの各検出値に基づいて、被測定物の重量を算出する。同様に、制御装置は、位置取得ステップにおいて、複数の重量センサの配設位置、及び各検出値に基づいて、ベース上の被測定物の位置を算出する。
(C)事前準備として、ベースに載置する被測定物の重量及び位置を種々の重量及び位置に変化させて、それぞれの場合について被測定物の測定座標を補正するための補正パラメータを算出し、当該各補正パラメータを被測定物の重量及び位置毎に記憶部に記憶させる。そして、制御装置は、重量取得ステップ及び位置取得ステップの後、被測定物の重量及び位置に対応する補正パラメータを記憶部から読み出し、当該補正パラメータに基づいて被測定物の測定座標を補正する。
(D)制御装置は、重量取得ステップ及び位置取得ステップの後、被測定物の重量及び位置に基づいて、ベース上の各位置でのベースの変形量を算出する。そして、制御装置は、算出した変形量に基づいて、被測定物の測定座標を補正する。
本発明では、三次元測定機は、上述した測定座標補正方法を実施する装置であるので、上述した測定座標補正方法と同様の作用及び効果を享受できる。
以下、本発明の第1実施形態を図面に基づいて説明する。
〔三次元測定機の概略構成〕
図1は、第1実施形態における三次元測定機1の概略構成を示すブロック図である。
三次元測定機1は、図1に示すように、三次元測定機本体2と、三次元測定機本体2の駆動制御を実行するモーションコントローラ3と、操作レバー等を介してモーションコントローラ3に指令を与え、三次元測定機本体2を手動で操作するための操作手段4と、モーションコントローラ3に所定の指令を与えるとともに、演算処理を実行するホストコンピュータ5とを備える。
図2は、三次元測定機本体2を示す全体模式図である。なお、図2では、上方向を+Z軸方向とし、このZ軸に直交する2軸をそれぞれX軸、及びY軸として説明する。以下の図面においても同様である。
三次元測定機本体2は、図2に示すように、被測定物Wを測定するための球状の測定子211Aを有するプローブ21と、プローブ21の基端側を保持するとともにプローブ21を駆動する駆動機構22と、駆動機構22が立設されるベース23とを備える。
ベース23は、被測定物Wが載置される部分であり、上面が水平面に一致するように配設されている。
そして、ベース23の下面には、図3に示すように、ベース23に載置される被測定物Wの荷重を検出し、検出値に応じた信号をモーションコントローラ3に出力する複数の重量センサ231が配設されている。
これら重量センサ231としては、例えば、歪ゲージをベース23や除振台23A(図2)に組み込んで、ベース23や除振台23Aの歪量に基づいて被測定物Wの荷重を検出する構成が例示できる。
本実施形態では、重量センサ231は、図4に示すように、ベース23の下面において、3つ配設されている。
3つの重量センサ231のうち、第1重量センサ231Aは、図4に示すように、ベース23の下面において、−Y軸側に配設されているとともに、ベース23のX軸方向略中心位置に配設されている。
一方、第2,第3重量センサ231B,231Cは、図4に示すように、ベース23の下面において、+Y軸側に配設されているとともに、X軸方向に並設されている。
そして、第1〜第3重量センサ231A〜231Cの第1〜第3配設位置P1〜P3は、図4に示すように、第2,第3配設位置P2,P3を結ぶ直線を底辺とする二等辺三角形を構成する。
スライド機構24は、図2に示すように、2つのコラム241と、ビーム242と、スライダ243と、ラム244とを備える。
2つのコラム241は、ベース23におけるX軸方向の両端から+Z軸方向に延出し、Y軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられている。
本実施形態では、2つのコラム241において、−Z軸方向の端部には、図3に示すように、空気軸受け245がそれぞれ設けられている。
これら空気軸受け245は、図3に示すように、圧縮空気が噴出される第1,第2エアーパッドPd1,Pd2を有し、第1,第2エアーパッドPd1,Pd2から圧縮空気が噴出されることで、2つのコラム241をベース23から浮上させた状態で支持する。
スライダ243は、ビーム242上をX軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられている。
ラム244は、スライダ243の内部に挿入されるとともに、スライダ243内をZ軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられている。
したがって、駆動機構22は、X,Y,Z軸の各軸方向にプローブ21を駆動する複数の駆動軸を備えている。そして、ラム244は、−Z軸方向側の端部において、プローブ21の基端側を保持している。なお、プローブ21としては、複数の種類のプローブが用意されており、これらのプローブの中から選択してラム244に保持させることができる。
Y軸駆動部251Yは、各コラム241のうち、−X軸方向側のコラム241をY軸方向に沿って駆動する。
X軸駆動部251Xは、ビーム242上をスライドさせてスライダ243をX軸方向に沿って駆動する。
Z軸駆動部251Zは、スライダ243内をスライドさせてラム244をZ軸方向に沿って駆動する。
支持機構212は、スタイラス211をX,Y,Z軸の各軸方向に付勢することで所定位置に位置決めするように支持するとともに、測定子211Aに外力が加わった場合、すなわち測定子211Aが被測定物Wに当接した場合には、スタイラス211を一定の範囲内でX,Y,Z軸の各軸方向に移動可能としている。
この支持機構212は、図1に示すように、スタイラス211の各軸方向の位置を検出するためのX軸プローブセンサ213X、Y軸プローブセンサ213Y、及びZ軸プローブセンサ213Zを備える。なお、各プローブセンサ213は、各スケールセンサ252と同様にスタイラス211の各軸方向の移動量に応じたパルス信号を出力する位置センサである。
モーションコントローラ3は、図1に示すように、操作手段4、またはホストコンピュータ5からの指令に応じて駆動部25を制御する駆動制御部31と、パルス信号を係数するカウンタ部32と、モーションコントローラ3で用いられるデータを記憶する記憶部33とを備える。
カウンタ部32は、図1に示すように、スケールカウンタ321と、プローブカウンタ322と、測定座標補正部323とを備える。
スケールカウンタ321は、各スケールセンサ252から出力されるパルス信号をカウントしてスライド機構24の移動量を計測する。
プローブカウンタ322は、各プローブセンサ213から出力されるパルス信号をカウントしてプローブ21の移動量を計測する。
そして、スケールカウンタ321、及びプローブカウンタ322にて計測されたスライド機構24の移動量、及びプローブ21の移動量は、ホストコンピュータ5に出力される。
この測定座標補正部323は、図1に示すように、重量取得手段323Aと、位置取得手段323Bと、補正手段323Cとを備える。
重量取得手段323Aは、被測定物Wの重量に関する情報を取得する。
位置取得手段323Bは、ベース23上の被測定物Wの位置に関する情報を取得する。
この補正手段323Cは、図1に示すように、補正量算出部323Dと、補正部323Eとを備える。
補正量算出部323Dは、被測定物Wの重量及び位置に基づいて、ホストコンピュータ5にて算出された被測定物Wの測定座標を補正するための補正量を算出する。
補正部323Eは、補正量算出部323Dにて算出された補正量に基づいて、ホストコンピュータ5にて算出された被測定物Wの測定座標を補正する。
ホストコンピュータ5は、CPU(Central Processing Unit)や、メモリ等を備えて構成され、モーションコントローラ3に所定の指令を与えることで三次元測定機本体2を制御する。
このホストコンピュータ5は、図1に示すように、指令部51と、移動量取得部52と、測定座標算出部53と、ホストコンピュータ5で用いられるデータを記憶する記憶部54とを備える。
移動量取得部52は、カウンタ部32にて計測されたプローブ21の移動量、及び駆動機構22(スライド機構24)の移動量を取得する。ここで、移動量取得部52は、プローブ21に規定された直交座標系に基づいて、プローブ21の移動量を取得し、駆動機構22に規定された直交座標系に基づいて、駆動機構22の移動量を取得する。
なお、駆動機構22の移動量は、支持機構212内におけるスタイラス211の移動が全く生じていない場合、すなわちプローブ21の移動量が0の場合における測定子211Aの位置を示すように調整されている。
図5は、測定座標補正方法を説明するフローチャートである。
次に、測定座標補正部323による処理(測定座標補正方法)について説明する。
なお、以下では、説明の便宜上、ベース23に載置された被測定物Wの測定が完了し、測定座標算出部53にて既に測定座標が算出されているものとする。
先ず、重量取得手段323Aは、被測定物Wの重量に関する情報を取得する(ステップS1:重量取得ステップ)。
本実施形態では、重量取得手段323Aは、各重量センサ231から出力された信号を入力し、各重量センサ231の各検出値に基づいて被測定物Wの重量を算出することで、被測定物Wの重量に関する情報を取得する。
具体的に、重量取得手段323Aは、各重量センサ231の各検出値を加えて、被測定物Wの重量Pを算出する。
本実施形態では、位置取得手段323Bは、各重量センサ231の第1〜第3配設位置P1〜P3、及び各重量センサ231の各検出値に基づいてベース23上の被測定物Wの位置を算出することで、被測定物Wの位置に関する情報を取得する。
具体的に、位置取得手段323Bは、記憶部33から第1重量センサ231Aと第2,第3重量センサ231B,231CとのY軸方向に沿う離間距離L(図3、図4)を読み出す。
そして、位置取得手段323Bは、離間距離L及び各重量センサ231の各検出値に基づいて、第1重量センサ231Aの第1配設位置P1を基準として、当該第1配設位置P1から被測定物Wの配設位置までのY軸方向に沿う距離a(図3、図4)を被測定物Wの位置として算出する。
具体的には、補正量算出部323Dは、以下に示すステップS3A,S3Bにて被測定物Wの測定座標を補正するための補正量(ピッチング変化量Δp)を算出する。
先ず、補正量算出部323Dは、ステップS3A(変形量算出手順)において、以下の処理を実行する。
すなわち、補正量算出部323Dは、記憶部33からベース23におけるY軸方向の全長L0(図3、図4)を読み出す。そして、補正量算出部323Dは、全長L0、被測定物Wの重量P、及び距離aに基づいて、第1重量センサ231Aの第1配設位置P1を基準としたY軸方向の位置yでのベース23の変形量(Z軸方向の変形量:撓みω)を算出する。
例えば、補正量算出部323Dは、撓みωを以下の式(3)により算出する。
なお、下記式(3)において、Eはベース23のヤング係数であり、Iはベース23の断面二次モーメントである。
なお、図6では、説明の便宜上、ベース23としては、上面のみを図示している。
次に、補正量算出部323Dは、ステップS3Bにおいて、以下の処理を実行する。
すなわち、補正量算出部323Dは、記憶部33から−Y軸側に位置する第1エアーパッドPd1と+Y軸側に位置する第2エアーパッドPd2とのY軸方向の離間距離S(図6)を読み出す。そして、補正量算出部323Dは、離間距離S及び撓みωに基づいて、X軸方向から見た場合での位置yに位置付けられたコラム241(空気軸受け245)の水平面から傾いた角度をピッチング変化量Δp(図6)として算出する。
なお、下記式(4)において、ω1は、図6に示すように、第1重量センサ231Aを基準とした第1エアーパッドPd1のY軸方向の位置を式(3)の位置yに代入した時に得られる撓みを示している。また、ω2は、第1重量センサ231Aを基準とした第2エアーパッドPd2のY軸方向の位置を式(3)の位置yに代入した時に得られる撓みを示している。
本実施形態では、重量取得ステップS1、位置取得ステップS2、及び補正ステップS3により被測定物Wの測定座標を補正する。このため、被測定物Wの重量のみならず、ベース23上の被測定物Wの位置に応じたベース23の変形を考慮して、被測定物Wの測定座標を補正できる。
したがって、ベース23の変形を適切に想定でき、被測定物Wの測定精度を十分に向上させることができる。
このことにより、例えば、測定座標補正部323が利用者によりマウスやキーボード等の入力手段を介して入力された被測定物Wの重量やベース23上の被測定物Wの位置に関する各情報を取得するように構成した場合と比較して、利用者による入力操作を省略でき、利便性の向上が図れる。
すなわち、事前準備として、ベース23に載置する被測定物Wの重量及び位置を種々の重量及び位置に変化させて、それぞれの場合について被測定物の測定座標を補正するための補正パラメータを算出し、当該各補正パラメータを被測定物Wの重量及び位置毎に記憶部33に記憶させる。そして、測定座標補正部323は、重量取得ステップS1及び位置取得ステップS2の後、被測定物Wの重量P及び距離aに対応する補正パラメータを記憶部33から読み出し、当該補正パラメータに基づいて被測定物Wの測定座標を補正する。
本実施形態では、測定座標補正部323は、重量取得ステップS1及び位置取得ステップS2の後、被測定物の重量P及び距離aに基づいて補正量(ピッチング変化量Δp)を算出し、ピッチング変化量Δpに基づいて被測定物Wの測定座標を補正する。
このことにより、上述した事前準備を不要とし、測定座標補正方法を行う上での手間を大幅に削減できる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。
図7は、第2実施形態における三次元測定機の概略構成を示すブロック図である。
なお、以下では、前記第1実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。
前記第1実施形態では、補正手段323C(補正量算出部323D)は、被測定物Wの重量P及び距離aに基づいて被測定物Wの測定座標を補正するための補正量を算出し、当該補正量に基づいて被測定物Wの測定座標を補正していた。
これに対して、本実施形態では、上述した事前準備を行うことで、被測定物Wの種々の重量P及び距離a毎に各補正パラメータが予め記憶部33に記憶される。そして、補正手段323F(図7)は、補正ステップS3において、被測定物Wの重量P及び距離aに対応した補正パラメータを記憶部33から読み出し、当該補正パラメータを用いて被測定物Wの測定座標を補正する。
なお、補正パラメータの作成方法としては、例えば、特許文献1と同様の作成方法(図3)が例示できる。
本実施形態では、補正手段323Fは、補正ステップS3において、被測定物Wの重量P及び距離aに基づいて被測定物Wの測定座標を補正するための補正量を算出する必要がないため、ホストコンピュータ5の処理負荷を大幅に削減できる。
また、事前準備において、補正パラメータを作成する際に、特許文献1と同様に、ピッチング成分のみならず、その他の幾何学誤差(例えば、ローリング成分)をも補正可能な補正パラメータを算出しておけば、前記第1実施形態と比較して、ピッチング成分のみならずローリング成分等も補正できるため、測定精度をより一層向上させることができる。
前記各実施形態では、被測定物Wの重量Pや位置(距離a)を複数の重量センサ231の各検出値に基づいて算出していたが、これに限らず、利用者にマウスやキーボード等の入力手段により重量Pや位置(距離a)を入力させる構成としても構わない。
前記各実施形態において、重量センサ231の個数及び配設位置は、前記各実施形態で説明した個数及び配設位置に限らず、その他の個数及び配設位置としても構わない。
前記第1実施形態では、被測定物Wの測定座標を補正するための補正量として、ピッチング成分(ピッチング変化量Δp)のみを算出していたが、これに限らない。例えば、ピッチング成分の他、ローリング成分等も算出し、ピッチング成分及びローリング成分等に基づいて、被測定物Wの測定座標を補正するように構成しても構わない。
前記第1実施形態において、距離a、撓みω、ピッチング変化量Δpは、式(1)〜(4)とは異なる他の式を利用して求めても構わない。
23・・・ベース
231・・・重量センサ
323A・・・重量取得手段
323B・・・位置取得手段
323C,323F・・・補正手段
S1・・・重量取得ステップ
S2・・・位置取得ステップ
S3・・・補正ステップ
S3A・・・変形量算出手順
S3C・・・測定座標補正手順
W・・・被測定物
Claims (5)
- ベース上に載置された被測定物の測定座標を補正する測定座標補正方法であって、
前記被測定物の重量に関する情報を取得する重量取得ステップと、
前記ベース上の前記被測定物の位置に関する情報を取得する位置取得ステップと、
前記被測定物の重量、及び前記被測定物の位置に基づいて、前記被測定物の測定座標を補正する補正ステップとを備える
ことを特徴とする測定座標補正方法。 - 請求項1に記載の測定座標補正方法において、
前記ベースには、前記ベースに載置される前記被測定物の荷重を検出する複数の重量センサが取り付けられ、
前記重量取得ステップは、
前記複数の重量センサの各検出値に基づいて前記被測定物の重量を算出することで、前記被測定物の重量に関する情報を取得し、
前記位置取得ステップは、
前記複数の重量センサの配設位置、及び前記複数の重量センサの各検出値に基づいて前記被測定物の位置を算出することで、前記被測定物の位置に関する情報を取得する
ことを特徴とする測定座標補正方法。 - 請求項1または請求項2に記載の測定座標補正方法において、
前記補正ステップは、
前記被測定物の重量、及び前記被測定物の位置に基づいて、前記ベース上の各位置での前記ベースの変形量を算出する変形量算出手順と、
前記ベースの変形量に基づいて、前記被測定物の測定座標を補正する測定座標補正手順とを備える
ことを特徴とする測定座標補正方法。 - 請求項1または請求項2に記載の測定座標補正方法において、
前記補正ステップは、
前記被測定物の重量、及び前記被測定物の位置に対応した補正パラメータを記憶部から読み出し、前記補正パラメータに基づいて前記被測定物の測定座標を補正する
ことを特徴とする測定座標補正方法。 - ベース上に載置された被測定物を測定する三次元測定機であって、
前記被測定物の重量に関する情報を取得する重量取得手段と、
前記ベース上の前記被測定物の位置に関する情報を取得する位置取得手段と、
前記被測定物の重量、及び前記被測定物の位置に基づいて、前記被測定物の測定座標を補正する補正手段とを備える
ことを特徴とする三次元測定機。
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