JP2971596B2 - 自由曲面測定方法 - Google Patents

自由曲面測定方法

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JP2971596B2
JP2971596B2 JP5582291A JP5582291A JP2971596B2 JP 2971596 B2 JP2971596 B2 JP 2971596B2 JP 5582291 A JP5582291 A JP 5582291A JP 5582291 A JP5582291 A JP 5582291A JP 2971596 B2 JP2971596 B2 JP 2971596B2
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孝子 久保田
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばタッチシグナル
プローブ及び倣いプローブ等の球状の測定子を被測定自
由曲面に接触させて得られた三次元測定データから、任
意の指定断面上の実面座標値を算出するための自由曲面
測定方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、CAD/CAM(Computer Aided
Design /Computer Aided Manufacturing)システムに
よる設計・加工効率の向上及びNC工作機械の高性能化
等に伴い、複雑な形状の製品を高精度に加工することが
可能になってきた。このため、製品評価のための計測に
おいても、自由曲面を含む複雑な三次元形状を高速かつ
高精度に測定できることが望まれている。
【0003】一方、三次元測定機を使用して自由曲面を
評価することもなされている。三次元測定機では、通
常、プローブ先端がボール形状をしており、その測定デ
ータは、ボールの中心点座標として求まるため、自由曲
面の場合、個々の中心点座標から実際の測定面を精度良
く求めるのは容易でない。そこで、三次元測定機からプ
ローブ中心点群データを取込み、プローブの中心点群デ
ータから生成されたプローブ中心の自由曲面から実曲面
を推定する方法も考えられている。
【0004】実曲面を推定する従来の方法では、プロー
ブ中心曲面上の着目点を含む微小曲面を、その線方向
にプローブ半径分だけオフセットさせ、オフセット後の
曲面上の前記着目点に対応した点を実曲面上の点とする
ようにしている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法では、プローブ中心曲面の法線方向によって、微小
曲面がオフセットする方向も異なってくるため、任意の
断面を指定して、その指定断面上での実面座標値を求め
ることができないという欠点がある。このため、実面座
標値からの自由曲面生成が困難になったり、設計値と測
定値との照合が困難になるという問題点がある。
【0006】本発明は、このような従来の問題点を解決
するためになされたもので、三次元測定機からの測定点
群データによって得られた測定子中心曲面から任意の指
定断面上の実面座標値を求めることが可能な自由曲面測
定方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る自由曲面測
定方法は、球状の測定子を被測定自由曲面に接触させて
得られた三次元測定データから前記測定子の中心によっ
て描かれる測定子中心曲面を算出するステップと、前記
測定子中心曲面と任意の指定断面との交線上の任意の着
目点を通り前記指定断面上に存在するガイド直線を算出
するステップと、前記着目点の近傍面をその法線方向に
前記測定子の半径分だけオフセットさせて前記ガイド直
線との交点を前記指定断面上の実面座標値として算出す
るステップとを有することを特徴とする。
【0008】
【作用】本発明によれば、任意の指定断面を指定する
と、この指定断面上に着目点を通るガイド直線が算出さ
れ、上記着目点の近傍の自由曲面をオフセットさせたと
きに、オフセット曲面と上記ガイド直線との交点を実面
の座標値として算出するようにしている。このため、得
られる座標値は指定断面上に存在することになり、上記
指定断面上に実面の断面曲線を求めていくことができ
る。
【0009】なお、ガイド直線を、指定断面と測定子中
心曲面との交線上の着目点を通る直線とし、かつ上記着
目点における測定子中心曲面の法線ベクトルを前記指定
断面上に投影した直線であるとすると、着目点近傍の自
由曲面を法線方向にオフセットさせたときに、オフセッ
ト後の曲面と指定断面との交線上において、オフセット
後の前記着目点に最も近い位置をガイド直線が通ること
になる。従って、前記オフセット後の自由曲面と前記ガ
イド直線との交点を算出することにより、前記指定断面
上の実面座標値を精度良く算出することができる。
【0010】
【実施例】以下、添付の図面を参照してこの発明の実施
例について説明する。図1は、この発明の実施例に係る
自由曲面測定方法を示す流れ図である。
【0011】先ず、三次元測定機の測定データからプロ
ーブ中心曲面を算出する(S1)。このプローブ中心
面の算出は以下の手順によって行われる。即ち、三次元
測定機を使用した測定工程では、図2に示すように、各
測定断面MS毎にプローブ中心点群データ(以下、「測
定点群データ」と呼ぶ)Dを求める。このとき、測定ピ
ッチ及び測定点数は任意で良い。従って、三次元測定機
から得られた測定点群データDは、まちまちの間隔とな
っている。
【0012】この測定点群データDに対し、次に第1の
自由曲線C1 の当てはめ処理を行う。この第1の自由曲
線C1 の当てはめ処理は、各測定断面の測定点列毎に行
われる。この第1の自由曲線C1 は、図3に示すよう
に、測定点間を微小値εの範囲をはみださないような複
数の曲線からなり、隣り合う曲線は、その接続点におい
て接線が共通であるように決定する。
【0013】次に、求められた各測定点列に対応する第
1の自由曲線C1 を、例えば弦長を基準として各々n等
分(nは任意の整数)した後、得られた等分点を滑らか
に通るように第1の自由曲線を再び算出する。ここで、
第j番目の測定点列におけるi番目((iは0〜n)の
分割点のベクトルデータをPijとする。
【0014】次に、図4に示すように、iを共通とする
分割点を通る自由曲線、即ち、上記の処理で求められた
第1の自由曲線C1 (この第1の自由曲線C1 の方向を
以下u方向とする)と交差する第2の自由曲線C2 (こ
の第2の自由曲線C2 の方向を以下v方向とする。)を
決定する。この第2の自由曲線C2 は、通過点Pijを通
り、通過点Pijにおける接線が共通になることを条件と
して決定される。この自由曲線の決定アルゴリズムとし
ては、例えばC1 級接続又はC2 級接続の3次ベジェ曲
線の生成アルゴリズムを使用することができる。
【0015】次に、このようなアルゴリズムによって生
成された自由曲線で各々囲まれた範囲に接平面が共通に
なる自由曲面を生成する。例えば共通の境界曲線を有
し、且つその両端点で接平面が一致する条件を満たす2
枚のパッチは、境界線上の全ての点で接平面が一致する
ことが知られている。このような条件を満たすように順
次パッチを生成していけばよい。以上の処理により、単
位自由曲面が夫々生成され、これらの単位自由曲面の集
合によってプローブ中心曲面を生成することができる。
【0016】プローブ中心曲面が算出されたら、次に以
下の処理により実面の座標値を算出する。先ず、実面座
標値を算出するための断面を指定する(S2)。この断
面としては、平面、円筒面等、任意の断面を指定可能で
あるが、ここでは一例として平面を断面として指定した
場合について説明する。
【0017】図5に示すように、プローブ中心曲面S全
体をu,v方向共にm分割し、指定断面SSの近傍のパ
ッチ群を対象パッチ群として選択する。この選択処理
は、例えば各パッチを指定断面SSに平行でかつ所定の
間隔をもって配置された2つの平面を設定し、各パッチ
の少なくとも一部が両平面の内側に存在するかどうかを
調べることにより行うことができる。そして、選択され
たパッチ群を更に1/2に分割し、以上の操作を繰り返
すことにより、対象パッチの縮小と絞り込みとを行う。
絞り込まれた対象パッチは、ベジェ−グレゴリーパッチ
であるが、その面積は十分に縮小されているため、これ
を1又は複数の双一次パッチで分割近似する。続いて双
一次パッチの境界線(直線)と指定断面との交点をチェ
ックすることにより、交線近傍のパッチを選択し、パッ
チリストを作成する。そして、スキャニングのスタート
パッチをパッチリストから選択する。
【0018】次に、プローブ中心曲面Sと指定断面SS
との交線CLに沿った着目点のスキャニングを開始する
(S3)。スキャニングでは、先ず、着目点を通るガイ
ド直線を算出する(S4)。図6に示すように、ガイド
直線Lは、着目点SPにおける面法線ベクトルnを指定
断面SSに投影することにより得られる直線である。
【0019】ガイド直線Lが決定されたら、着目点SP
の近傍の自由曲面を面法線n方向にプローブ半径r分だ
けオフセットし、このオフセットされた曲面とガイド直
線Lとの交点を算出する(S5)。
【0020】ガイド直線Lを含むオフセットパッチが、
常にガイド直線を含むオフセット対象パッチからオフセ
ットされたパッチであるとは限らないので、着目点SP
の近傍の複数のパッチをオフセットさせてその中でガイ
ド直線Lと交差するオフセットパッチを探索していく。
その探索の際の初期オフセット対象パッチは、スキャニ
ングピッチがプローブ半径以上である場合には、ガイド
直線が存在するパッチとし、スキャニングピッチがプロ
ーブ半径よりも小さい場合には、前回のスキャニングに
おいて実面座標値を求めたパッチとする。即ち、スキャ
ニングピッチ(隣接する着目点SP間のピッチ)がプロ
ーブ半径(オフセット量)以上である場合には、オフセ
ット対象パッチがオフセット量よりも大きいため、着目
点SPを含むパッチをオフセットさせたオフセットパッ
チOPにガイド直線Lとの交点CPが含まれる確率が高
いからである。逆にスキャニングピッチがプローブ半径
よりも小さい場合には、オフセット対象パッチに比べて
オフセット量が大きいため、着目点SPを含むパッチを
オフセットさせたオフセットパッチOPがガイド直線L
から外れる確率が大きい。この場合には、むしろ前回の
実面座標値を求めたパッチ、又はその近傍に、オフセッ
ト後にガイド直線Lと交差するパッチが存在すると考え
られるからである。次に、初期オフセットパッチを双一
次パッチで近似し、ガイド直線Lと双一次パッチとの交
点を算出する。図6では、ガイド直線Lが存在するパッ
チを初期オフセット対象パッチIPとし、これを面法線
方向にオフセットさせてオフセットパッチOPを生成し
た様子を示している。そして、オフセットパッチOPと
ガイド直線Lとの交点CPの座標値が、実面座標値とし
て求められる点となる。
【0021】オフセットパッチOPとガイド直線Lとの
交点CPが見つからなかった場合には、ガイド直線Lを
生成したときの面法線ベクトルnとガイド直線Lとで平
面を形成し、この平面とオフセットパッチOPの輪郭線
との交点を求め、法線ベクトルnとの成す角が小さい方
向にあるパッチを次の対象パッチとしてパッチリストか
ら選択する。なお、上記の方法によっても交点が求まら
なかった場合には、近傍パッチをパッチリストから選択
し、次々とオフセットし、交点の存在を調べていく。
【0022】全ての着目点についてガイド直線とオフセ
ットパッチとの交点が算出されたら(S6)、次の指定
断面について同様のスキャニングを実行する(S7)。
全ての指定断面SSについてのスキャニングが終了した
ら、各指定断面SS上の実面座標値の算出処理を終了す
る。
【0023】以上の処理により、指定断面SS上に実面
座標値を精度良く算出することができる。また、この実
施例によれば、処理対象となるパッチを十分に絞り込ん
だうえで、面のオフセット(座標変換)処理と直線との
交点算出処理とを行っているので、実面座標値の算出に
要する時間を十分に削減することができ、高速処理が可
能であるという利点がある。なお、この実施例では、着
目点の近傍の自由曲線をそのままオフセットさせるよう
にしたが、着目点近傍のオフセットさせる自由曲面を微
小平面で近似し、この微小平面を面法線方向にオフセッ
トさせてガイド直線との交点を求めるようにしても良
い。この場合には、演算処理の簡略化により、演算処理
時間を更に短縮することができる。
【0024】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、任
意の指定断面上にガイド直線を算出し、着目点の近傍の
自由曲面を測定子の半径分だけオフセットさせた面と上
記ガイド直線との交点を実面座標値として算出するよう
にしているので、任意の指定断面上に実面座標値を算出
することができる。このため、実面座標値から自由曲面
への算出処理や設計値と測定値との照合処理が容易にな
る等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例に係る自由曲面測定方法を示
す流れ図である。
【図2】 三次元測定機から得られる測定点群データを
示す模式図である。
【図3】 測定点群データを第1の自由曲線で当てはめ
た様子を示す模式図である。
【図4】 第1の自由曲線を等分して各等分点を第2の
自由曲線で滑らかに結合した様子を示す模式図である。
【図5】 自由曲面と指定断面との関係を示す模式図で
ある。
【図6】 オフセットされたパッチとガイド直線との関
係を示す模式図である。
【符号の説明】
MS…測定断面、D…測定点群データ、C1 …第1の自
由曲線、C2 …第2の自由曲線、S…プローブ中心曲
面、SS…指定断面、SP…着目点、L…ガイド直線、
IP…初期オフセット対象パッチ、OP…オフセットパ
ッチ。
フロントページの続き (72)発明者 有我 幸三 東京都文京区湯島1丁目3番4号 KT お茶の水聖橋ビル6階 株式会社システ ムテクノロジーインスティテュート内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01B 21/00 - 21/30

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 球状の測定子を被測定自由曲面に接触さ
    せて得られた三次元測定データから前記測定子の中心に
    よって描かれる測定子中心曲面を算出するステップと、
    前記測定子中心曲面と任意の指定断面との交線上の任意
    の着目点を通り前記指定断面上に存在するガイド直線を
    算出するステップと、前記着目点の近傍面をその法線方
    向に前記測定子の半径分だけオフセットさせて前記ガイ
    ド直線との交点を前記指定断面上の実面座標値として算
    出するステップとを有することを特徴とする自由曲面測
    定方法。
  2. 【請求項2】 前記ガイド直線は、前記着目点における
    前記測定子中心曲面の法線ベクトルを前記指定断面上に
    投影して得られたものであることを特徴とする請求項1
    記載の自由曲面測定方法。
  3. 【請求項3】 前記測定子中心曲面を複数のパッチに分
    割し前記指定新面との交線が存在するパッチ及びその近
    傍のパッチを対象パッチとして抽出すると共に抽出され
    た対象パッチに対してのみオフセット及び交点算出処理
    を行うことを特徴とする請求項1又は2記載の自由曲面
    測定方法。
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CN105910570A (zh) * 2015-12-31 2016-08-31 广东冠邦科技有限公司 一种异形变断面轧辊孔型曲面误差的测量方法
CN107941471A (zh) * 2017-11-17 2018-04-20 全普光电科技(上海)有限公司 一种自由曲面的检测方法

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