JP2539041B2

JP2539041B2 - 形状計測手順の教示方法

Info

Publication number: JP2539041B2
Application number: JP1147956A
Authority: JP
Inventors: 純一古田; 幸英上田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1989-06-09
Filing date: 1989-06-09
Publication date: 1996-10-02
Anticipated expiration: 2011-10-02
Also published as: JPH0312511A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、対象物の想定形状を三次元的に詳細に表
す数値モデルを用いて、形状計測装置に前記対象物の形
状の計測手順を教示する場合に用いて好適な教示方法に
関するものである。

（従来の技術）形状計測装置に計測する対象物の形状の計測手順を教
示する場合に、その対象物がコンピュータ支援設計（CA
D）により設計したものである場合は、そのCADによる設
計過程で得られた、対象物の想定形状である設計形状を
三次元的に詳細に表す数値モデルを用いて教示すると、
教示に要する手間を省くことができるとともに、計測結
果と設計形状とを容易に対比し得て、実際の対象物の形
状誤差の把握が容易になるという利点があり、かかる数
値モデルを用いた教示方法としては従来、例えば、社団
法人自動車技術会発行の「自動車技術」VoL.39,No.11,1
985.中第1298頁乃至第1307頁に記載のものがある。

この方法は、対象物としての、車体パネル成形用金型
の計測のためのものであり、ここでは、CADによる車体
パネルの設計データ（CADデータ）からさらにCADにより
パネルの成形性等を考慮した補正を行って金型の成形面
形状を表す上述の如き数値モデルを作成し、その数値モ
デルは格子状に配置した基準線の交点（格子点）の点群
の座標値で表されるためそのままでは不要な計測点が多
数含まれる一方必要な計測点が欠けることがあることか
ら、その数値モデルに対し格子点の削除による格子点分
布の低密度化および任意点の追加を行って基準データを
作成し、その基準データの各格子点および追加した任意
点の位置に基づいて金型の成形面の計測手順を教示して
いる。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記従来の教示方法にあっては、数値
モデルから作成する基準データも格子点からなる点群と
任意点との集まりであることから、その基準データに基
づく計測データは、成形面の全体的起伏は比較的良く表
すものの、金型製作上誤差が生じ易く、精度を確保した
い特徴的凹凸形状の評価には充分でないという問題があ
った。

そして、かかる特徴的凹凸形状はむしろ、断面形状を
詳細に測定し、その断面形状で評価した方が適切である
ことが判明した。

この発明は、上述の点に鑑みて従来方法の課題を有利
に解決した教示方法を提供するものである。

（課題を解決するための手段）この発明の形状計測手順の教示方法は、対象物の想定
形状を三次元的に詳細に表す数値モデルを用いて、形状
計測装置に前記対象物の形状の計測手順を教示するに際
し、前記数値モデルの、縞状もしくは格子状に配置した
断面線の各々に沿う想定断面形状を数値的に表す基準デ
ータを作成し、前記基準データが表す想定断面形状上の
各計測点の近傍の位置からその計測点の計測を開始する
ように前記計測手順を教示することを特徴とするもので
ある。

そしてこの発明ではさらに、前記基準データを、前記
数値モデルの、前記縞状もしくは格子状の断面線に対し
任意の角度で傾斜する断面線に沿う想定断面形状をも数
値的に表すものとしても良い。

（作用）かかる方法によれば、教示に用いる基準データを、縞
状もしくは格子状の断面線（断面を取る基準となる線）
に沿う数値モデルの想定断面形状を表すものとするの
で、その基準データを用いることにより対象物の断面形
状を詳細に計測した計測データが得られ、このことに
て、対象物の特徴的凹凸形状をより適切に評価すること
ができる。

そして、縞状もしくは格子状の断面線に対し任意の角
度で傾斜する断面線についても基準データを作成するこ
ととすれば、特徴的凹凸形状の任意方向断面についても
断面形状の詳細な計測データが得られるので、その凹凸
形状の評価をさらに適切なものとすることができる。

（実施例）以下に、この発明の実施例を図面に基づき詳細に説明
する。

第１図は、この発明の形状計測手順の教示方法の一実
施例を適用した、車体パネル成形用金型の計測システム
を機能ブロックで示す構成図であり、図中１は、上述し
たCADの他、コンピュータ支援加工（CAM）のためにも用
いられる、比較的大きな演算処理能力および記憶容量を
持つホストコンピュータ、２は、形状計測装置の制御お
よび計測データの処理のために用いられる、ホストコン
ピュータ１よりは小さな演算処理能力および記憶容量を
持つミニコンピュータ、３は、車体パネル成形用金型の
形状計測のために用いられる、形状計測装置としての三
次元測定機をそれぞれ示す。

ここにおけるホストコンピュータ１は、ダイフェース
CAD部４、自由曲面CAD部５、規定曲線CAD部６および型
構造CAD部７の四つのCAD部と、基準データ作成部８と、
外部通信部９とを具えるとともに、データベースファイ
ル10、成形面形状データファイル11、トリム、フランジ
形状データファイル12、構造部形状データファイル13、
基準データファイル14および計測データファイル15の六
つの記憶ファイルとを具えてなり、また、ここにおける
ミニコンピュータ２は、外部通信部16と、誤差量算出部
17と、計測用NCデータ作成部18と、機器制御部19と、計
測データ補正部20とを具えるとともに、基準データファ
イル21および計測データファイル22の二つの記憶ファイ
ルを具え、さらに、各々キーボードおよび画像表示器を
持つ二つの入出力端末装置23,24と、入力信号に基づき
線図を描くＸ−Ｙプロッタ25と、入力信号に基づき印字
出力するプリンタ26とを接続されてなる。

尚、上記ホストコンピュータ１およびミニコンピュー
タ２の各部の機能は後述の計測手順を教示する際の説明
において述べる。

そして、ここにおける三次元測定機３は、第２図に示
す如き測定機本体27と、センサ移動制御装置28と、現在
位置演算装置29と、操作盤30と、位置表示装置31とを具
えるとともに、各々測定機本体27に選択的に取付けられ
て計測対象物に対し移動される、通常の接触式センサ32
と、対象物に接触した後その対象物に対する距離を連続
的に計測するリニアセンサ33とを具え、さらに、センサ
位置を手動操作による信号入力で移動させるための、手
動パルス発生器34と、ジョイスティックペンダント35
と、それら手動パルス発生器34およびジョイスティック
ペンダント35とセンサ移動制御装置28とを接続するイン
ターフェース（I/F）36とを具えてなる。

ここで、測定機本体27は、第２図に示すように、床内
に防振材を介して埋設した基台37上に、計測対象物を載
置するための定盤38と、センサ（図では接触式センサ3
2）を矢印Ｘで示す水平なＸ軸方向へ移動させるための
Ｘ軸移動機構39と、センサを矢印Ｙで示す水平かつＸ軸
と直交するＹ軸方向へ移動させるためのＹ軸移動機構40
と、センサを矢印Ｚで示す垂直なＺ軸方向へ移動させる
ためのＺ軸移動機構41と、センサを矢印θで示すように
垂直軸線周りに回動させるθ軸回動機構42とを具えてな
る。

上記Ｘ軸移動機構39は、基台37上に定盤38を囲繞する
ように立設された八本のコンクリート製支柱43上に三本
の固定梁44が水平かつコ字状にかけ渡されて固定され、
それらの固定梁のうちＸ軸方向へ延在する二本の梁の各
々の上に、これもＸ軸方向へ延在するように、Ｘ軸ガイ
ドレール45が設けられるとともにＸ軸ボールねじ軸46が
枢支され、それらの二本のＸ軸ボールねじ46が、互いに
同期して回転するように、Ｙ軸方向へ延在する一本の固
定梁に設けられたＸ軸モータ47に駆動結合され、また、
二本のＸ軸ガイドレール45上を各々それらに嵌まり合っ
て移動し得る二組のスライダ48の一方がＹ軸方向へ延在
するよう配置された細長い枠状の移動梁49の一端部（図
では右方端部）に固定されるとともにスライダ48の他方
が移動梁49の他端部に案内機構50を介しＹ軸方向へ若干
移動可能に取付けられ、移動梁49の両端部に固定された
ボールナット51が各々Ｘ軸ボールねじ軸46に螺合された
構成を有しており、これによって、Ｘ軸モータ43の作動
に基づき移動梁49をＸ軸方向へ任意の位置に移動させる
ことができる。加えてここでは、支柱13がコンクリート
製であることから振動減衰性が向上し、二本のガイドレ
ール45で移動梁の両端部を案内するとともに二本のボー
ルねじ軸46で移動梁の両端部を同時に駆動するので、支
持スパンの長い移動梁49が全体的に均等に移動され、片
方のスライダ48が移動梁49の端部に案内機構50を介して
取付けられているので、移動梁49が温度変化で伸縮して
も固定梁や移動梁自体のそりや曲げが生じず、従って周
囲温度の変化に対する計測データの補正を容易に行うこ
とができる。

また上記Ｙ軸移動機構40は、移動梁49上にその中央貫
通孔49aの両側に各々位置してＹ軸方向へ延在するよう
に二本のＹ軸ガイドレール52が設けられる（図では片方
のみ示す）とともに、一方のガイドレール52に沿ってＹ
軸方向へ延在するように一本のＹ軸ボールねじ軸53が枢
支され、そのボールねじ軸53の一端部が、移動梁49の一
端部に設けられたＹ軸モータ54に駆動結合され、また、
二本のＹ軸ガイドレール52上を各々それらに嵌まり合っ
て移動し得る二組のスライダ55が移動台56の両端部に各
々固定され、移動台56の一端部に固定されたボールナッ
ト57がＹ軸ボールねじ軸53に螺合された構成を有してお
り、これによって、Ｙ軸モータ54の作動に基づき移動台
56をＹ軸方向へ任意の位置に移動させることができる。
加えてここでは移動梁49が枠状であるので、Ｚ軸および
θ軸移動機構41,42の重量による偏荷重に対し移動梁49
のねじれが防止され、また周囲温度の変化に対する移動
梁49の変形量を容易に捉えることができる。

さらに、上記Ｚ軸移動機構41は、移動台56の中央部に
設けられた貫通孔と移動梁49の貫通孔49aとを貫通して
垂直方向へ延在するよう昇降腕58が配置され、その昇降
腕58の互いに対抗する両側面に各々垂直方向へ延在する
よう設けられた二本のガイドレール（図では片方のみ示
す）59上を各々それらに嵌まり合って移動し得る二組の
スライダ60が移動台56に各々固定され、昇降腕58の他の
側面に垂直方向へ延在するよう枢支されたＺ軸ボールね
じ軸61の上端部が、昇降腕58の上端部に設けられたＺ軸
モータ62に駆動結合され、そのボールねじ軸61が、移動
台56に固定された図示しないボールナットに螺合された
構成を有しており、これによって、Ｚ軸モータ62の作動
に基づき昇降腕58を垂直（Ｚ軸）方向へ任意の位置に移
動させることができる。

そして、上記θ軸移動機構42は、昇降腕58の下端部に
垂直軸線周りに回動可能に枢支された、センサを装着す
るためのコネクタ63を持つ手首部が、これも昇降腕58の
下端部に設けられたθ軸モータ64に、図示しない減速機
を介して駆動結合された構成を有しており、これによっ
て、センサ（例えば接触式センサ32）を矢印θ方向へ任
意の向きに回動させることができる。

第３図は上記三次元測定機３の計測制御系を示す構成
図であり、ここにおけるセンサ移動装置28は、通常のマ
イクロコンピュータを具え、Ｘ軸ガイドレール45、Ｙ軸
ガイドレール52およびＺ軸ガイドレール59の各々に沿っ
て設けられたＸ軸リニアエンコーダ65、Ｙ軸リニアエン
コーダ66およびＺ軸リニアエンコーダ67と、コネクタ63
に結合されたθ軸ロータリエンコーダ68とからの信号に
よって、移動梁49、移動台56、昇降腕58およびコネクタ
63の現在位置ひいてはセンサの現在位置を直接的に検出
し、その現在位置を用いたフィードバック制御によりＸ
軸モータ47、Ｙ軸モータ54、Ｚ軸モータ62およびθ軸モ
ータ64を作動させて、センサ32もしくは33を、ミニコン
ピュータ２から与えられた自動計測用NCプログラムに基
づき、対象物の形状に応じた径路で移動させ、接触式セ
ンサ32を用いる場合は、前記移動の間に、そのセンサの
プローブが対象物に接触したことおよびその接触方向を
示すセンサ32からの信号を取込んでその接触点を測定機
座標系上での座標をセンサの位置から演算しミニコンピ
ュータ２へ出力するという処理を繰返し実行し、リニア
センサ33を用いる場合は前記移動のみを行わせる。

尚、センサ移動制御装置28は、操作盤30からの運転モ
ード切替え信号により、上述した自動運転モードの他、
手動パルス発生器34やジョイスティックペンダント35を
作業者が操作することによるそれらからの移動指令信号
に基づいてセンサを移動させる手動運転モードも行うこ
とができ、さらに、操作盤30からの非常停止信号によっ
てセンサの移動を非常停止し、また操作盤30からのサイ
クルスタート信号によって上述の如き自動計測を繰返し
実行することができる。

そして、接触式センサ32およびリニアセンサ33は、ミ
ニコンピュータ２によるフィードバック制御により、プ
ローブの図中矢印αおよびγで示す如き揺動と図中矢印
βおよびδで示す如き回動とを任意の角度で行い、それ
自身でもプローブを所要の向きへ向けることができる。

この一方、現在位置演算装置29は、これも通常のマイ
クロコンピュータを具え、三つのリニアエンコーダ65〜
67とロータリエンコーダ68とからの信号を入力してそれ
らの信号からセンサの現在位置をセンサ移動制御装置28
とは別に実質上連続的にかつ、極めて短時間で求め、そ
の位置を、ミニコンピュータ２を介し位置表示装置31へ
出力してそこに刻々と表示させる。

また現在位置演算装置29は、リニアセンサ33からの信
号も入力し、その信号からそのセンサのプローブの現在
位置を算出してミニコンピュータ２へ出力する。

かかる計測システムのホストコンピュータ１は、先に
述べたようにCAD,CAMの機能を有しており、この実施例
での計測は、そのホストコンピュータ１のCAD,CAM機能
を用いて以下の如く設計製造した金型を対象としてい
る。

すなわち、ここにおける金型は、図示しない他のCAD
装置を用いた車体設計の際に作成した、車体パネルの形
状を数式の形で示すCADデータをホストコンピュータ１
に入力し、その車体パネルのCADデータから、パネルの
スプリングバックや伸び等の成形性に関するデータベー
スファイル10内のデータに基づきダイスフェースCAD部
４により金型のポンチ等の成形面形状を設計し、その成
形面形状を数式で示すCADデータを自由曲面CAD部７へ転
送して成形面形状データファイル13内に記憶させ、その
後自由曲面CAD部７により、上記データファイル13から
取出した、成形面形状を数式で表す上記CADデータか
ら、数値制御（NC）工作機械やここにおける三次元測定
機３に工具やセンサの移動径路を教示するのに適した、
成形面形状を点群で表す数値モデルを作成し、これとと
もに、ダイフェースCAD部４により車体パネルの輪郭形
状から作成したトリム、フランジライン形状データを規
定曲面CAD部６へ転送してトリム、フランジライン形状
データファイル12内に記憶させ、その後規定曲面CAD部
６により、上記データファイル12から取出したトリム、
フランジライン形状に、比較的単純な円筒面等の規定曲
面や平面等を対応させて、ポンチ等の周囲の、トリム加
工やフランジ成形に用いる垂直壁面や傾斜壁面等のプロ
ファイル面の形状を点群で表す数値モデルを作成し、さ
らに、型構造CAD部５により、カム面や位置決め孔等の
構造部形状に関する構造部形状データファイル11内のデ
ータに基づき、金型のカム面や位置決め孔等の配置を設
計して、それらの面の配置を点群で示す数値モデルを作
成し、上記自由曲面CAD部７および規定曲面CAD部６にて
作成した数値モデルからNC工作機械の工具移動径路を作
成して工作機械に教示することにより金型のポンチ、ダ
イ、パッド等の部品を切削および仕上げ加工した後、型
構造CAD部５にて設計した型構造に基づきそれらの部品
を組立てたものである。

尚、上記数値モデルは、例えば成形面のものでは、従
来技術で述べたと同様のものであり、第４図に示す如
き、成形図を覆う所定基準平面（通常は金型座標系での
x,y軸を含む平面と平行な平面）上に格子状に配置した
基準線を上記基準平面と直角な方向へ上記CADデータに
おける成形面上に投影した場合の、その成形面上での基
準線の各交点（格子点）の点群でその成形面の三次元形
状を表し、それらの格子点の、上記金型座標系における
x,y,z軸座標値のデータからなる。ただし、基準平面の
向きや傾きは形状を表すべき面の向きや傾きに応じて適
宜選択でき、例えばプロファイル面や型構造に関する数
値データについても、形状を表すべき面に沿った向きや
傾きの基準平面を用いて作成することができる。

しかしてここでは、上記金型の各部形状の計測手順
を、以下に述べるようにして三次元測定機に教示する。

すなわち、ここでは先ず、基準データ作成部８に、上
記数値モデルから、成形面、プロファイル面および、カ
ム面や位置決め孔等の型構造面の計測手順の教示基準と
なる基準データを作成させる。

ここにおける基準データは、従来技術で述べたものと
異なり、好ましくは数値モデルの作成に用いたと同一の
基準平面上に、例えば成形面の計測については第５図
（ａ），（ｂ）に示すように、数値モデルの基準線より
は間隔が粗い格子状もしくは縞状に断面線を配置し、そ
れらの断面線を通って上記基準平面と直交する平面で上
記数値モデルの三次元形状を切った場合の断面形状すな
わち、それらの断面線に沿う想定断面形状としての設計
断面形状を点列によって詳細に表すものとする。

ここで、断面線の配置は、数値モデルの全体的な起伏
の特徴を縞状でも充分とらえられる場合には縞状（方向
は適宜選択し得る）とし、縞状では充分でない場合には
格子状とする。また、断面線は、数値モデルの基準線と
重なっていればその格子点から点列のデータが直接求ま
るので、好ましくは基準線と重なるように配置するが、
基準線と必ずしも重ねる必要はなく、重ならない場合は
格子点間を直線や曲線補間する演算によって点列のデー
タを求める。そして、基準データの点列を構成する各点
のデータは、例えば第６図に断面を正面方向から見た点
列An（ｎ＝1,2…）で示す如く、金型座標系におけるx,
y,z軸座標値の他、後述するセンサの向きおよびアプロ
ーチ方向の制御のため、その点での数値モデルが表す面
の法線ベクトルV/nを含むものとする。

さらに、ここにおける基準データは、上記基準平面上
に、第７図に示すように、断面線の開始点Ｓおよび終了
点Ｅを任意に指定することにて、上述した格子状もしく
は縞状の断面線に対し任意の角度で傾斜するように配置
した一もしくは二以上の断面線についても、上述した格
子状もしくは縞状の断面線と同様に、それに沿った数値
モデルの断面形状を点列によって詳細に表すものとす
る。かかる傾斜した断面線は、車体パネルの一部に形成
される特徴的な起伏（キャラクタ部）やジョグル加工部
の計測に適している。

尚、上記基準データの作成は、ミニコンピュータ２の
一方の端末装置24の画像表示器にホストコンピュータ１
から外部通信部9,16を介して入力した数値データに基づ
く金型各部形状を表示させてその形状を観察しながらキ
ーボードを用いて入力した作成指示をミニコンピュータ
２からホストコンピュータ１へ伝達することによって行
わせ、その作成指示には、断面線の配置を格子状とする
か縞状とするかの選択、格子状あるいは縞状の断面線の
方向（通常はｘ軸もしくはｙ軸あるいは両者と平行とす
る）の選択、それらの断面線に対し傾斜する断面線の指
定、そして、格子状もしくは縞状の断面線の間隔ピッチ
および点列をなす点間の間隔ピッチの指定を含める。こ
こにおける線間および点間のピッチは、等間隔でも良い
が所要に応じて部分的につめたり広げたりしても良く、
さらに、点間のピッチについては後述するトレランス間
引き方法のトレランス値を指定することによって定めて
も良い。

しかして、上記成形面やプロファイル面の数値データ
は、工作機械の工具の移動径路をも与えるものであるた
め本来の成形面やプロファイル面の周囲に縁の部分が加
えられているが、上記基準データの作成に際しては、ト
リム、フランジライン形状データ等を参照し、例えば第
８図に、第７図の上記傾斜した断面線に沿う断面を正面
方向から見た点列で示す如く、計測対象物が実際には無
くなっている部分は取り除いて作成する。

かかる、ホストコンピュータ１の基準データ作成部８
が作成した基準データを、ここでは一旦基準データファ
イル14内に記憶させた後、外部通信部9,16を介しホスト
コンピュータ１からミニコンピュータ２へ転送し、その
ミニコンピュータ２の基準データファイル21内へ記憶さ
せる。このように基準データを全てミニコンピュータ２
内に持たせることにより、後述する計測指令や計測デー
タと基準データとの比較を極めて短時間で行わせること
ができる。

その後ここでは、上記基準データの断面線を第９図に
示すようにミニコンピュータ２の上記端末装置24の画像
表示器に表示させて、キーボードやマウス等の入力手段
により、その表示された断面線のうちの実際に計測が必
要な範囲を図中破線で示す如く指定するとともに、計測
すべき点を、第10図（ａ）に示す如き等ピッチとするか
もしくは第10図（ｂ）に示す如きトレランス間引き方法
により間引くかの選択を指定し、さらに、後述する基本
アプローチ量A_P0および追加アプローチ量A_P1を指定す
る。尚、基準データの断面線が格子状の場合は縞状の計
測およびその方向も指定でき、また基準データがトレラ
ンス間引き方法で作成されている場合は等ピッチの計測
点は指定できないが、基準データをそのまま使う指定
や、その間引いた計測点をさらにトレランス値を変えた
トレランス間引き方法で間引く指定はできる。

ここにおけるトレランス間引き方向とは、点列を構成
するｘ軸もしくはｙ軸方向に等ピッチの多数の点のうち
のある比較スタート点とそこから何点か離れた対象点と
を結ぶ線分とそれらの点間の検討点との距離すなわちそ
れら比較スタート点と対象点との間の断面の起伏が所定
トレランス値未満の場合は極めてなだらかであるためそ
れら検討点を間引き、所定トレランス値以上の場合は起
伏が大きいことから詳細にその変化をとらえるためにそ
れら検討点を計測点とするというものであり、具体的に
は第11図に示す如き手順で計測点を決定する。

図中ステップ101では、一つの断面線に沿う基準デー
タの点列上の最初のておよび最後の点を計測点とし、続
くステップ102では、その最初の点を最初の比較スター
ト点とする。尚、比較スタート点は、後述する検討点間
引き手順を一回行う度毎にその手順を最後で定める新た
な比較スタート点へ移行する。

次のステップ103では、比較スタート点から上記点列
上で二つ先の点を対象点とし、続くステップ104では、
比較スタート点を対象点との間の上記点列上の点を検討
点とする。尚、検討点は、対象点がステップ103で定め
た位置の場合は一つであるが対象点が後述の如く先へ移
るにつれて増加する。

次のステップ105では、比較スタート点と対象点とを
線分で結び、続くステップ106では、その線分と上記各
検討点との間の距離を求めて、その距離が全て所定トレ
ランス値ｔ以上でなければ、ここにおける比較スタート
点と対象点との間の線分からの検討点の起伏が計測を必
要とする程大きくないと判断してステップ107へ進む。

ステップ107では、上記対象点が上記点列の最後の点
まで到達したか否かを判断し、到達していればこのプロ
グラムを終了するが到達していなければステップ108へ
進む。

そしてステップ108では、上記点列上の、上記対象点
の一つ先の点を新たな対象点とし、すなわち対象点を一
つ先へ進め、次のステップ109では、この先へ進めた対
象点と上記比較スタート点との間の距離が保障間隔Ｌを
越えるか否かを判断して、越えていなければステップ10
4へ戻る。

従って、上記ステップ103〜109は、比較スタート点と
対象点との間の上記点列上の全ての点である検討点のい
ずれか一つについて、その検討点と上記線分との間の距
離すなわち起伏の大きさが上記トレランス値を越えるま
で、または、比較スタート点に対し対象点が上記保障間
隔Ｌを越えて離れてしまうまで、対象点が最後の点に到
達したい場合を除いて、対象点を順次左記へ送りながら
繰返し行われる。

そして、上記ステップ106で、いずれか一つの検討点
と上記線分との距離が上記トレランス値ｔ以上となる場
合、または上記ステップ109で、比較スタート点と対象
点との間の距離（ここでは二点間の直線的な距離を用い
るが、断面線と平行な方向の距離でも良い）が上記保障
間隔Ｌ以上となる場合には、ステップ110へ進んでその
ときの対象点の一つ手前の検討点すなわち、比較スター
ト点から、保障間隔Ｌ以上離れず、かつ起伏が上記トレ
ランス値を越えない範囲で、最大限離れた点を計測点と
する。

すなわち例えば第11図に示すように、最初の点A₁から
最後の点A_mまでのｍ個の点からなる点列上の点A_nを比較
スタート点、点A_n+4を対象とした場合に、点A_nと点A_n+4
との間の線分Ｗと、点A_n+1,点A_n+2および点A_n+3との間
の距離l₁,l₂およびl₃のいずれかが上記トレランス値ｔ
以上であるか、線分Ｗの長さが上記保障間隔Ｌ以上であ
れば、点A_n+3を計測点とする。

次のステップ111では、上記対象点が上記点列の最後
の点まで到達したか否かを判断し、到達していればこの
プログラムを終了するが到達していなければステップ11
2へ進む。

そしてステップ112では、上記対象点の一つ手前の検
討点すなわちステップ110で計測点とした点を新たな比
較スタート点とした後ステップ103へ戻る。

従って、上記ステップ103〜112は検討点間引き手順に
相当し、これらステップ103〜112の手順は、対象点が上
記点列上の最後の点に到達するまで繰返し行われる。

かかるトレランス間引き方法によれば、断面の起伏が
小さい範囲では、保障間隔Ｌを最大限としてその起伏の
程度に応じて検討点を間引くことができるので、形状の
評価に必要とされる計測データの詳細度を確保しつつ計
測時間を大幅に短縮することができる。

上述の如くして計測範囲、断面線の種類、計測点のピ
ッチ、アプローチ量等の指定を入力した後は、ミニコン
ピュータ２の計測用NCデータ作成部18に、前記指定内容
に応じて基準データファイル21から取出した基準データ
に基づきセンサの移動径路および計測処理内容を具体的
に教示するための自動設計用NCデータを作成させる。
尚、その作成に先立ち、確認のため指定内容をプリンタ
26に印字させることもできる。

第12図は金型の成形面計測のためのセンサの具体的移
動径路を例示するものであり、図中70は実際の成形面、
32は接触式センサを示す。

すなわちここでは、金型とセンサとの干渉が生じない
任意の高さに設定した水平面であるクリアプレーンＰ上
で、センサ32ひいてはそのプローブをそのクリアプレー
ンＰから向かう最初の計測点A₁からその法線ベクトル方
向へ基本アプローチ量A_p0と追加アプローチ量_P1とを加
えた距離だけ離れたアプローチ点B₁の上方の位置へ図中
破線で示すように早送り速度で移動させ、次いで、その
クリアプレーンＰ上からセンサ32のプローブを図中実線
で示すように高速切削送り速度で上記アプローチ点B₁へ
降下させ、次いでセンサ32のプローブを、計測点A₁を通
るよう、その法線に沿って通常切削速度（低速）で成形
面へ接近させ、その移動の途中で、プローブが成形面70
に接触したことを示す信号をセンサ32が出力したら、そ
の接触時のプローブの中心位置をセンサの位置および向
きから求めるとともに接触方向をセンサの出力信号から
求め、これらからその計測点A₁に対応する実際の成形面
70の位置を求める。

そして、プロープの接触後は上記成形面70の位置を求
める演算と並行して、センサ32を高速切削送り速度で上
記と逆方向へ移動させ、プローブが計測点A₁から基本ア
プローチ量A_p0の距離まで戻ったら、次にプローブを、
次の計測点A₂からその法線ベクトル方向へ基本アプロー
チ量A_p0の距離だけ離れたアプローチ点B₂へ移動させ、
その後計測点A₂,A₃,A₄に対応する成形面70の位置を計測
点A₁におけると同様にして計測する。

しかる後、計測点A₄とA₅とは断面線が異なることから
一旦センサ32をクリアプレーンＰへ上昇させ、その後計
測点A₅,A₆についても上述したと同様にして計測する。

尚、実際の成形面に孔があったり成形面の水平方向輪
郭が小さめであったりして、計測点を過ぎてもプローブ
が成形面70に接触しない場合には、第13図に示すよう
に、計測点Ａから所定距離Ｔだけさらに進み、それでも
接触しなかった場合はその旨を表示および記録するとと
もに次の計測点についての計測へ移行するものとする。

接触式センサ32を用いる場合は、かかる移動径路およ
び計測処理内容を指示する自動計測用NCデータを作成さ
せ、そのNCデータを、機器制御部19を介し三次元測定機
３のセンサ移動制御装置28に入力すなわち教示する。

この一方、リニアセンサ33を用いて計測を行う場合に
は、基準データ上の計測点列からなる面とセンサのプロ
ーブとの距離をリニアセンサ33の計測可能範囲内に維持
しながらセンサを断面線に沿って連続的に移動させるよ
うな自動計測用NCデータを作成させ、それを三次元測定
機３に教示する。

尚、リニアセンサ33を用いる計測では、プローブ先端
は極めて小さな半球状であることから、計測精度がそれ
程高く要求されない場合はセンサを垂直に維持したまま
移動させるが、高い計測精度が要求される場合はジョイ
スティックペンダント34を用いた手動操作や、基準デー
タ中の法線ベクトルによって、センサを実際の計測面や
基準データ上の面に直角になるように姿勢制御しながら
移動させ、これによってプローブの先端付近を計測面に
接触させるものとし、もしくは、センサを垂直状態とし
て計測したデータを、基準データ中の法線ベクトルを用
いて補正する。

上述した例は成形面の形測のものであるが、ここでは
さらに、プロファイル面および型構造に関する面につい
ても同様にして基準データから自動計測用NCデータを作
成し、それを三次元測定機に教示する。従ってこの計測
システムによれば、金型の形状精度のみならず組立て精
度についての評価も可能となる。

しかして、上記自動計測用NCデータの教示の後は、他
の基準データおよびNCデータの作成を計測と並行して行
い得るよう設置したもう一つの入出力端末装置23から計
測開始指令を入力し、三次元測定機３に、入力した自動
計測用NCデータに基づく金型計測を行わせる。

そして、ここでは三次元測定機３のセンサ移動装置28
が計測動作中次々に出力する。計測点に対応する実際の
計測面の位置を機器制御部19によりミニコンピュータ２
内に入力し、その計測した位置データに、三次元測定機
本体27の組立て誤差や周囲温度の変化による変形量分の
補正および、測定機座標系から金型座標系への座標変換
を計測データ補正部20により施し、これによって得た各
点の計測データを逐次、計測データファイル22に記憶さ
せるとともに、その計測データに対応する計測点の基準
データと一緒に誤差量算出部17に入力して、そこで基準
データ上の計測点に対する計測データの、その基準デー
タの法線方向での位置誤差量を演算させ、その位置誤差
量を色相差に変換させた後、第14図に示すように上記入
出力端末装置23の画像表示器の、その計測点に対応する
位置に、その位置誤差量に応じた色相の点として逐次表
示させ、あわせてその画像表示器に、誤差量を示す数値
をも表示させる。

かかる計測動作および計測中の誤差量表示が終了した
後ここでは、第15図（ａ）に示すように、上記法線方向
位置誤差量を基準データの断面線に沿って表示する図
と、同図（ｂ）に示すように、その断面線に沿う基準デ
ータに基づく断面形状Ｅ（図中実線で示す）と計測デー
タに基づく断面形状Ｆ（図中一点鎖線で示す）とを重ね
合わせて表示する図とを、Ｘ−Ｙプロッタ25に作図させ
る。ここで、計測データに基づく断面形状Ｆは、誤差傾
向を強調したものとし、具体的には第16図に示すよう
に、基準データに基づく断面形状Ｅの各計測点につき、
そこからの法線方向単位ベクトル_１に上記位置誤差量
ｇを乗じたベクトルｇ・_１の先端の点である実際の計
測データを点列化した実際の断面形状Ｇでなく、上記ベ
クトルｇ・_１にさらに強調表示係数ｋ（任意に指定可
能）を乗じたベクトル_２（_２＝ｋ・ｇ・_１）の先
端の点を点列化したものとする。

尚、リニアセンサ33を用いた計測を行う場合は、計測
結果の処理をデジタル的に行うため、計測データは連続
ではないものの実質上連続となる程多量になることか
ら、それらの計測データを先に述べたトレランス間引き
方法で必要な詳細度をおとすことなく減少させる。そし
てこの場合は、基準データとの比較による誤差量演算を
行う代わりに、断面形状の評価が容易となるように計測
データから実際の曲率半径を演算し、計測データに基づ
く断面形状とともに、計測した断面線に沿うその曲率半
径の変化のグラフも作図させる。

上記計測結果の表示の他、ここではさらに、計測デー
タをミニコンピュータ２からホストコンピュータ１へ転
送して計測データファイル15に一旦記憶させ、ホストコ
ンピュータ１に、その計測データに基づく実際の金型の
形状により、ダイフェースCAD部４で用いるデータベー
スファイル10内の金型設計データを補正する学習を行わ
せる。

上述の如くしてここにおける計測システムによれば、
金型の計測に際しその断面形状を詳細に計測してその計
測結果を表示させ得るので、金型の特徴的凹凸形状を適
切に評価することができ、しかもここでは、設計値に対
する誤差量を拡大して、計測結果の断面を表示するの
で、形状の評価をさらに容易に行うことができる。

そして、リニアセンサを用いる場合には、センサを計
測点毎に金型に対し進退移動させる必要がないので、金
型形状を短時間で極めて詳細に計測することができる。

以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の
例に限定されるものではなく、例えば基準データは点列
でなく数式の形で数値モデルの断面形状を表すものでも
良い。

（発明の効果）かくしてこの発明の教示方法によれば、縞状もしくは
格子状の断面線に沿う数値モデルの想定断面形状を表す
基準データを用いることから、対象物の断面形状を詳細
に計測した計測データが得られ、このことにて、対象物
の特徴的凹凸形状をより適切に評価することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の形状計測手順の教示方法の一実施
例を適用した、車体パネル成形用金型の計測システムを
機能ブロックで表す構成図、第２図は、上記計測システムの三次元測定機本体を示す
斜視図、第３図は、上記三次元測定機の計測制御系を示す構成
図、第４図は、上記計測システムで用いる数値モデルを例示
する説明図、第５図（ａ），（ｂ）は上記計測システムで用いる基準
データの作成基準とする格子状および縞状の断面線を例
示する説明図、第６図は、上記基準データにおける点列を例示する説明
図、第７図は、上記基準データの作成基準とする傾斜した断
面線を例示する説明図、第８図は第７図に示す断面線に沿う基準データにおける
点列を例示する説明図、第９図は上記基準データから実際の計測に必要な範囲を
指示する方法を示す説明図、第10図（ａ），（ｂ）は上記基準データから計測点列を
指定する方法を示す説明図、第11図はトレランス間引き方法の手順を示すフローチャ
ート、第12図および第13図は、上記計測システムにおける自動
計測用NCデータのセンサの移動方法を例示する説明図、第14図は上記計測システムの、計測作動中における計測
データの表示方法を例示する説明図、第15図は上記計測システムの、計測作動終了後における
計測データの図示方法を例示する説明図、第16図は計測データの強調方法を示す説明図である。１……ホストコンピュータ２……ミニコンピュータ、３……三次元測定機４〜７……CAD部、８……基準データ作成部 17……誤差量算出部 18……計測用NCデータ作成部 20……計測データ補正部、23,24……入出力端末装置 25……Ｘ−Ｙプロッタ、27……測定機本体 28……センサ移動制御装置、29……現在位置演算装置 32,33……センサ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】対象物の想定形状を三次元的に詳細に表す
数値モデルを用いて、形状計測装置に前記対象物の形状
の計測手順を教示するに際し、前記数値モデルの、縞状もしくは格子状に配置した断面
線の各々に沿う想定断面形状を数値的に表す基準データ
を作成し、前記基準データが表す想定断面形状上の各計測点の近傍
の位置からその計測点の計測を開始するように前記計測
手順を教示することを特徴とする、形状計測手順の教示
方法。
【請求項２】前記基準データを、前記数値モデルの、前
記縞状もしくは格子状の断面線に対し任意の角度で傾斜
する断面線に沿う想定断面形状をも数値的に表すものと
する、請求項１記載の形状計測手順の教示方法。