JP2790554B2 - 三次元比較測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、予め測定、記憶されて
いるマスターの測定データと、各ワークの測定データと
を比較、演算して、その減算値と、予め設定されている
公差とを比較、判別し、測定ワークの良否を判別する比
較測定法に於いて、各ワーク計測時の温度変化を検知ま
たは予測して、その指令によりマスターの座標値を計測
し直し、記憶済みの基準データを更新して行く温度較正
機能を有する三次元比較測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から各種の三次元測定機が知られて
おり、例えば次に述べる様な測定装置がある。先ず計測
台上に保持した測定対象物に対して、測定装置本体に装
備したプローブを三次元的に相対移動させながら、前記
測定対象物の予め設定された所定の測定点にプローブ測
定子を当接させて行く。次にこの当接時に於ける測定対
象物の測定点と、プローブ測定子との相対移動量を検出
してデータ処理を行い、これによって測定対象物の形状
あるいは寸法等を測定する。

【０００３】上記構成の装置は、三次元的な絶対値デー
タを採取するものであり、この絶対値データと基準デー
タとを比較して測定物の良否を判定する様にした装置も
考えられているが、この場合の基準データは、測定物の
製作図などに示された数値で、例えば２０°± ２℃な
どと予め規定された基準温度条件でのデータである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の構成によると、
通常の三次元測定装置は、測定対象物の絶対値を三次元
的に測定するもので、このデータだけからでは、測定対
象物の良否を迅速に判断することができない。また測定
対象物の三次元的な絶対寸法を正碓に測定するために
は、互に直交する三軸の移動機構として、気体スライド
や永久磁石などを組み合わせた精密移動機構が必要とな
り、且つプローブを高い精度で円滑に移動させるために
は、夫々に剛性度が高く、熱変形を起し難い構造のスラ
イダ機構を合理的に集積する必要がある。しかしこのた
め移動機構部の質量が大きくなり、これに伴って慣性量
も増大するので、スピーディな移動と、計測点に対する
プローブ測定子の定圧追従性とは相反するという問題が
あった。

【０００５】また三次元的な絶対値データを単に計測す
るだけでなく、これを基準データと比較して測定対象物
の良否を判別する装置の場合は、基準データとして製作
図などから得られる固定的な数値を使用しているので、
測定作業の環境温度が変化すると、比較測定精度が低下
してしまう。即ち測定時の環境温度が変化した場合に
は、当然測定対象物の温度も変化するから、この計測に
よって得られたデータは、基準データと比較条件が異な
り、温度変化に応じた計測データの補正か、あるいは基
準データの補正が必要となる。

【０００６】しかし環境温度の変化は、測定対象物の温
度だけでなく、測定装置全体にも及ぼされ、且つ測定装
置各部の温度変化は、測定対象物の温度変化と同一では
ないから、データの補正方法は容易でない。その様な煩
雑な補正作業が行われない場合は、当然比較測定精度が
低下し、安易な補正手段では、温度変化に対応する精密
な比較測定は不可能となる。本発明はこの様な点に基づ
いてなされたもので、その目的とする処は、測定対象物
の良否を迅速に判別する機能を有し、且つ測定作業の環
境温度が変化した場合にも常に高い測定精度が得られる
三次元比較測定装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の三次元比較測定装置は、計測台上に保持した測
定対象物と、測定装置のスライダに支持されたプローブ
とを、互に直交するＸ・Ｙ・Ｚ軸方向に相対移動させる
三次元測定法に於いて、ワークの所定測定点にプローブ
の測定子を当接し、この当接点に於けるＸ・Ｙ・Ｚ座標
値を、予め測定して記憶されているマスターの対応測定
点に於けるＸ・Ｙ・Ｚ座標値と比較して、その減算値を
求める比較、演算手段と、この判別結果を任意の形態で
記録表示する手段を有し、更に計測時の温度変化を検
知、または予測して、マスターの所定測定点に於けるＸ
・Ｙ・Ｚ座標値を計測し直し、前記記憶済みのマスター
座標値を適宜更新するマスター座標値更新手段とを具備
したことを特徴とする。

【０００８】

【作用】即ち本発明による三次元比較測定装置は、従来
のこの種測定機の様に、測定対象物の三次元的な寸法を
絶対値として測定するものではなく、予め測定し、記憶
されているマスターのデータと、各ワークの測定データ
とを比較してその減算値を演算し、これを予め設定され
ている各測定点の公差と比較することによって、ワーク
の良否を判別する様にしている。このためワークの良否
判定が正確且つ容易で、その判別結果を使用し、他の関
連機器を迅速に連動させることができる。また測定作業
の環境温度が変化した場合に対応して、温度較正機能を
装備し、この装置から指示される更新指令に基づいてモ
デルのＸ・Ｙ・Ｚ座標値を計測し直し、メモリーに記憶
されている基準データを更新して行くので、常に精度の
高い比較測定結果を得ることが可能となる。

【０００９】

【実施例】本発明の一実施例を示すに当り図面について
説明すると、機台のベース１上をＸ軸方向に移動自在と
したＸ軸スライダとしてのテーブル２を装備し、上部に
測定対象物３を保持する定盤４を固定する。ベース１の
中央部後方にはテーブル２に対応するコラム５を立設
し、その上部に前記Ｘ軸と直交するＹ軸方向への移動を
自在としたＹ軸スライダ６を架設する。Ｙ軸スライダ６
の前側には、支持フレーム７を介して前記Ｘ軸及びＹ軸
と夫々直交するＺ軸方向への移動を自在としたＺ軸スラ
イダ８の保持体９を設ける。Ｚ軸スライダ８の延長下端
には、プローブ１０を装着して、その測定子１１を前記
測定対象物３に対応させ、この測定面に当接する測定子
１１の三次元的な移動を可能とさせる。

【００１０】またベース１に対するテーブル２のＸ軸方
向への駆動と、コラム５に対するＹ軸スライダ６のＹ軸
方向への駆動、及び保持体９に対するＺ軸スライダ８の
Ｚ軸方向への駆動は、リニア・アクチュエータやモータ
及びエンコーダなどによって構成され、且つサーボ機能
を有する多軸コントローラ１２と接続された夫々のＸ軸
駆動装置１３、Ｙ軸駆動装置１４、Ｚ軸駆動装置１５に
よって行われる。上記の多軸コントローラ１２は、例え
ば三軸サーボドライバ１６、中央処理装置（ＣＰＵ）１
７、ＲＯＭ装置１８、ＲＡＭ１９、インターフェース２
０及び電源部２１などから構成されており、ティーチン
グ・ボックス２２からの必要データが入力、記憶される
様になっている。

【００１１】プローブ１０の測定対象物３に対するＸ軸
方向への相対移動量は、ベース１とテーブル２とに係設
したＸ軸移動量読み取り装置としてのＸ軸スケール２３
により検出され、またプローブ１０のＹ軸方向及びＺ軸
方向への相対移動量は、コラム５とＹ軸スライダ６とに
係設したＹ軸スケール２４、及び保持体９とＺ軸スライ
ダ８とに係設したＺ軸スケール２５によって夫々検出さ
れる。これ等Ｘ軸スケール２３、Ｙ軸スケール２４及び
Ｚ軸スケール２５からの検出信号は、図３に示す夫々の
Ｘ軸アンプ２６、Ｙ軸アンプ２７、Ｚ軸アンプ２８を介
して、Ｘ軸カウンタ２９、Ｙ軸カウンタ３０、Ｚ軸カウ
ンタ３１に入力され、こゝでカウントされるが、前記プ
ローブ１０からの測定子タッチ信号が、プローブアンプ
３２及びインターフェース３３を介して各カウンタを装
備するマザー・ボード３４に入力されるため、各カウン
タ２９、３０、３１は、この信号を受けた時点でのＸ、
Ｙ、Ｚ軸移動量読み取り値をラッチすることができる。

【００１２】また上記のマザー・ボード３４や多軸コン
トローラ１２と接続されたコンピュータ３５があり、更
にこれに接続する操作盤３６が装備されている。コンピ
ュータ３５は例えば、入力部３７、出力部３８、インタ
ーフェース（Ｉ／Ｆ）３９、４０、記憶装置４１、制御
装置４２、演算装置４３、電源部４４などから構成され
ており、入力部３７には必要によってキーボード４５
が、出力部３８にはディスプレイ４６やプリンタ４７が
接続される。一方操作盤３６には、測定装置の動作を指
令する入力部４８があり、また測定点の寸法公差を入力
する公差設定部４９と、比較、判定結果を表示する個別
判定表示部５０、総合判定表示部５１と公差表示部５２
などが設けられている。また操作盤３６やディスプレイ
４６は、例えば図１に示す様に配置される。

【００１３】この様に構成された本実施例の場合は、先
ず製作図に基づいて正確に作られたマスターを準備し、
この必要部寸法を予め正確に計測してそのデータを採取
した後、本装置によって予め指定した所定の測定点を計
測し、この基準データを装置に記憶させる。次に各測定
点に於ける寸法公差を、マスターの寸法計測データと製
作図の指定公差値に基づき、操作盤３６の公差設定部４
９から入力して置く。そしてマスターの測定点と対応す
るワークの所定測定点を計測し、これによって得られた
測定データと前記マスターの基準データとを比較、演算
して、その減算値を算出し、この値が先に設定した寸法
公差と比較して、公差内にあるか否かを判定、表示し、
ワークの良否を判別する様にしている。

【００１４】この際測定作業の環境温度が変化すること
によって生ずる測定精度の低下を防止するため、次の様
な手段を採用する。先ず測定ワークの温度を温度センサ
５３によって常時計測すると共に、この温度が所定の時
点よりどの程度変化したかを温度演算部５４でチェック
し、この値を温度比較部５５により、予め温度差設定器
５６にセットした値と比較して、温度演算部５４の値が
設定値を超えた場合には、測定値更新指令部５７へ起動
信号を出す。一方測定時間の経過を検出する時間計測器
５８を設けて、この所定時点からの時間を時間演算部５
９により積算し、この値を時間比較部６０により、予め
時間差設定器６１にセットした値と比較して、時間演算
部５９の値が設定を超えた場合に、前記測定値更新指令
部５７へ起動信号を出す様にする。

【００１５】こゝで測定値更新指令部５７は、温度比較
部５５あるいは時間比較部６０の何れか一方から起動信
号を受けた時点で、基準データの更新指令を出すが、こ
の指令信号により前記温度演算部５４と時間演算部５９
のカウント値は、同時に零クリアされるので、マスター
の測定値更新指令が、温度差インターバルと時間差イン
ターバルとで重複することはない。

【００１６】以上の構成は、図４のブロック図で示すこ
とができる。即ち通常の測定では、ワークのＸ・Ｙ・Ｚ
座標値と、マスターのＸ・Ｙ・Ｚ座標値とを比較演算部
６２により比較してその減算値を算出し、次にこの減算
値と、公差設定部４９から入力されている寸法公差とを
比較判別部６３により判定する。この結果は記録表示部
６４を介して記録あるいは表示される。また温度変化に
対する較正は、マスター座標値更新手段６５によって行
われる。即ち前述のワーク温度センサ５３系からの信号
と、時間計測器５８系からの信号とにより、マスターの
測定値更新指令部５７が起動し、基準データを更新する
様にしている。

【００１７】この様に構成された本装置の作用を図５に
示すフローチャートにより説明すると、通常の測定手順
は、先ずマスターをテーブル２の定盤４上に適切な治具
を使って保持する（工程ａ）。この動作は測定ラインの
自動化により搬送ロボットなどによって自動的に行わ
れ、ロボット・アームが退避すると、測定動作がスター
トする（工程ｂ）。次にサンプリング（工程ｃ）が行わ
れるが、このサンプリングとは、定盤４上に保持された
マスターの、予め設定された所定数の測定点に対して、
プローブ１０の測定子１１を複数回（例えば３回）当接
させて、その時のＸ・Ｙ・Ｚ座標値を読み取り、これら
の平均値を基準データとして登録する（記憶させる）こ
とを意味している。この作業はマスターの各測定点に於
けるデータを取り込み（工程ｄ）、それを演算（工程
ｅ）して、記億（工程ｆ）する工程を経ることにより、
基準データの取り込みを完了する

【００１８】次にワーク３の測定を開始する。先ずマス
ターを定盤４から取り外し、これに換えてワーク３を保
持（工程ｇ）させるが、これらの動作も実際には搬送ロ
ボットによって自動的に行われ、取り外されたマスター
は、測定作業と環境温度条件が同一な指定場所に置かれ
る。この状態で測定動作がスタート（工程ｈ）され、プ
ロービング（工程ｉ）が行われる。このプロービングと
は、プローブ１０がその測定子１１を各測定点に（一回
づつ）タッチして移動する動作のことで、既に述べたマ
スター計測時のサンプリングに相当するものであり、ワ
ークの各測定点に於けるＸ・Ｙ・Ｚ座標値のデータを取
り込む（工程ｊ）。取り込まれたデータは記憶（工程
ｋ）されると同時に演算処理（工程ｌ）の対象となる。
即ち既に記憶されているマスターの基準データを選択的
に取り出して（工程ｍ）、このデータとワークの測定に
より得られたデータとを比較、演算（工程ｌ）し、その
減算値を算出する。この時点で操作盤３６の個別判定表
示部５０に、各軸に於ける減算値が表示される。

【００１９】また上記の比較、演算に対応して測定点の
寸法公差（基準データに対する許容差）が予め設定され
ており、これが記憶されている。即ち公差設定（工程
ｎ）は、ポジション選択（工程ｐ）、軸選択（工程
ｑ）、上下限値選択（工程ｒ）の条件下で入力され、記
憶（工程ｓ）される。この記憶公差は既に述べた演算処
理（工程ｌ）中に、記憶済み公差の中から、所望の測定
点に於ける軸選択が行われた公差を取り出し（工程
ｔ）、上記の減算値（ワークの測定データと基準データ
との差）と比較（工定ｕ）される。この比較結果により
減算値が公差内にある場合は、良品として各軸毎にＯＫ
表示（緑色）が点灯（工程ｖ）され、逆に減算値が公差
外の場合は、不良品としてＮＧ表示灯（赤色）が点灯
（工程ｗ）される。この様な各測定点毎の判定が個別判
定であり、夫々の表示灯は、操作盤３６の個別判定表示
部５０に設置されている。

【００２０】上記個別判定の次に総合判定（工程ｘ）が
行われる。この工程では各測定点に於ける各軸の演算値
が全て公差内にある場合に初めて「ＯＫ」表示（工程
ｙ）がなされ、全測定点での全ての条件で、一箇所でも
公差を満足しない値が検出された場合には「ＮＧ」表示
（工程ｚ）がなされる。以上の工程を経過することによ
って一個のワークに対する測定が終了し（工程Ａ）、各
作動部が原点に復帰（工程Ｂ）した後、ワークを取り外
して（工程Ｃ）次の測定に備えることになる。この様な
一連の工程途中に於いて、必要によりデータの出力が可
能であり、例えばディスプレイ４６上に表示したり、プ
リンタ４７によって印字することができる。また総合判
定の結果を搬送ロボットなどに出力する構成とすれば、
例えば良品ワークを任意の良品ラインに搬送し、不良品
ワークは別の処理ラインに搬送するなど、良品と不良品
とを自動選別したり区分けして収納することもできる。

【００２１】次に温度変化に伴う較正について説明する
と、測定作業の開始時には必ずマスターのサンプリング
が実行される。そして計測作業中はワークの温度を温度
センサ５３が常に計測しており、初回または前回のマス
ター・サンプリング時に於けるワーク温度からの変化値
を温度演算部５４がチェックしている。一方温度差設定
器５６に予め所定の指令温度を設定して置き、この値と
温度演算部５４との値を温度比較部５５で判定させた結
果、ワークの温度変化値が大きい場合には、測定値更新
指令部５７へ信号が出され、これによってマスター座標
値の更新指令（工程Ｄ）が、測定値更新指令部５７から
出力される。

【００２２】またこれとは別に時間計測器５８があり、
サンプリング作業が終了してからの経過時間を時間演算
部５９がチェックしており、この積算値が時間設定器６
１にセットした所定の値を超過した場合には、これを時
間比較部６０が判定して測定値更新指令部５７に伝える
ので、この信号によってもマスター座標値の更新指令
（工程Ｄ）が行われる。この時間差温度較正の目的は、
ワークの温度変化が緩やかになった場合、ワークと各軸
スケールとの温度差の変化から生ずる測定誤差を減少す
るためのものであるが、前述の様に温度差による更新指
令と、時間差による更新指令とは重複しないので、必要
以上のサンプリングは行われず、測定作業の能率が低下
することはない。

【００２３】上記の更新指令（工程Ｄ）が出された場合
は、ワークの測定が途中であっても、この作業は中断さ
れ（工程Ｅ）、各移動部が原点に復帰（工程Ｆ）して、
ワークは測定定盤から取り外される（工程Ｇ）。そして
基準データの取り込みが再度行われることになる。即ち
ワークと同一の環境下に置かれていたマスターに対し
て、既に説明した「工程ａ」より「工程ｆ」迄の動作が
行われ、基準データが更新される。更新作業の終了後は
再度通常のワーク測定が続行されることになる。

【００２４】尚本発明は前記の実施例に限定されるもの
ではない。例えばマスター座標値更新手段６５として、
前述の温度差検出と時間差検出とを組み合わせた装置以
外に図４及び図５に示す時刻設定器６６を使用する方法
が考えられる。即ち測定の過程に於いて、環境温度の変
化と測定作業に伴い、ワークと測定装置各部の温度がど
の様に変化するかを予め測定、分析しておき、このデー
タに基づいて基準データを更新するタイミングを時刻設
定器６６にプログラミングする方法である。その具体例
は、「適切な設定時間が経過する毎に基準データを更新
する」方式とか、「基準データを更新するのに適した時
刻を設定する」方式などであり、この様に構成しても温
度変化による測定精度の低下を減少することができる。

【００２５】

【発明の効果】以上説明した様に本発明による三次元比
較測定装置は、単にワークの三次元的な絶対値測定を行
うものではなく、予め測定、記憶されているマスターの
基準データと、各ワークの測定データとを比較演算し
て、その減算値と、予め設定された公差値とを比較する
ことにより、ワークの良否を判別する様にしているの
で、加工ワークの良否を正確且つ迅速に判定することが
できる。また判定結果の信号を使用して、他の連動機器
（例えば搬送ロボット、コンベア、パレタイザーなど）
を制御することも可能であり、良品、不良品の区分け処
理を自動化することができる。

【００２６】殊に本発明装置の特徴とする処は、マスタ
ーを使用して温度較正を目的とする基準データの更新を
行うことである。これはマスターを測定ワークと同じ材
質で、また各部の形状、寸法、肉厚迄も全く同一に製作
して、熱変動特性を同じとし、且つマスターを測定ワー
クと同一温度環境下に置くことによって、熱膨張による
両者の寸法変化分を相殺しようとするもので、温度変化
による基準データの補正を正確且つ容易にする。またマ
スター座標値更新手段として作動時間演算比較系の装置
を組み入れたことは、測定装置各部の（特に各軸スケー
ルの）温度変化が環境温度やワーク温度の変化に対して
遅れて追従することを考慮したものであり、これらに基
づいたマスター基準データの更新は、温度変化による測
定精度の低下を効果的に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す三次元比較測定装置の
正面図である。

【図２】図１の側面図である。

【図３】本発明の一実施例を示す三次元比較測定装置の
ブロック回路図である。

【図４】図３に示す装置の機能ブロック図である。

【図５】図３に示す装置のフローチャートである。

【符号の説明】

２ テーブル（Ｘ軸スライダ） ３ 測定対象物 ６ Ｙ軸スライダ ８ Ｚ軸スライダ １０ プローブ １１ 測定子 １２ 多軸コントローラ ２３ Ｘ軸スケール ２４ Ｙ軸スケール ２５ Ｚ軸スケール ３５ コンピュータ ３６ 操作盤 ４６ ディスプレイ ４７ プリンタ ５３ 温度センサ ５６ 温度差設定器 ５８ 時間計測器 ６１ 時間差設定器 ６６ 時刻設定器

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 計測台上に保持した計測対象物と、測定
   装置のスライダに支持されたプローブとを、互に直交す
   るＸ・Ｙ・Ｚ軸方向に相対移動させる三次元測定法に於
   いて、各測定対象物（以下ワークと云う）の所定測定点
   にプローブの測定子を当接し、この当接点に於けるＸ・
   Ｙ・Ｚ座標値を、予め測定して記憶されているモデル測
   定物（以下マスターと云う）の対応測定点に於けるＸ・
   Ｙ・Ｚ座標値と比較して、その減算値を求める比較演算
   手段と、予め設定されている各測定点の許容公差内に前
   記減算値があるかどうかを判別する比較判別手段と、こ
   の判別結果を任意の形態で記録、表示する手段を有し、
   更に計測時の温度変化を検知または予測して、マスター
   の所定測定点に於けるＸ・Ｙ・Ｚ座標値を計測し直し、
   前記記憶済みのマスター座標値を適宜更新するマスター
   座標値更新手段とを具備したことを特徴とする三次元比
   較測定装置。
2. 【請求項２】 ワーク温度検出センサの温度変化値が、
   予め設定した値を超えた場合、または測定作業の経過時
   間が設定値を超えた場合の何れかの時点で、マスターの
   Ｘ・Ｙ・Ｚ座標値を再計測し、記憶済みの基準データを
   更新して行く手段を有する請求項１記載の三次元比較測
   定装置。
3. 【請求項３】 マスターの座標値更新手段として、計測
   作業時刻の指定点を予めプログラミングした時刻設定器
   により、基準データの更新を指令する機能を装備した請
   求項１記載の三次元比較測定装置。