JP2982663B2 - 三次元測定方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建築材料などのア
ルミ型材を成形させる押出成形用の金型など微小なスリ
ットを有した金型を被測定物として、この被測定物の三
次元形状を測定するための三次元測定方法及びその装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、建築材料などのアルミ型材、例
えばサッシ枠などは、押出成形加工にて得られる。この
押出成形加工は、金型を用いるが、この金型は成型品で
あるサッシ枠などの断面形状であることから、スリット
状に形成されており、このスリットの善し悪しで成型品
の良・不良が決定される。そのため、この金型のスリッ
ト形状は精密に加工されることが前提となっており、金
型の使用前には、そのスリット形状などの精密な測定が
行われる。

【０００３】従来、上記金型のような三次元被測定物
は、測定者がノギスなどの測定器具を用いて計測を行っ
ていたが、測定者毎に誤差が変わったり、熟練度が必要
であったりと、自動化が望まれていた。

【０００４】そこで、例えば、上下，左右，前後に接触
プローブ若しくは被測定物を移動させる接触式計測機器
を用いて、その外形状を計測する方法や、ＣＣＤカメラ
などの画像処理機器や、光センサなどの非接触式による
計測方法など、種々の計測方法及び計測装置が案出され
ている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の計測装置では、前者の接触プローブを用いる装
置によれば、接触プローブ又は被測定物側を、上下，左
右及び前後の各方向に移動自在としているが、それぞれ
を同時に駆動して、三次元位置の座標を計測することか
ら、各駆動部分が高精度に設計される必要があり、ま
た、接触プローブは、被測定物のある点の座標を求めて
（計測して）形状を求める方法であり、この点の計測を
繰り返さなければならず、計測毎に誤差が生じない高精
度が求められるので、この装置の製作，組立，及び調整
についてそれぞれに信頼性を必要とされ非常にコスト高
となる欠点がある。

【０００６】また、この接触式の計測装置では、接触プ
ローブは、針状の細径な軸棒よりなるとともに、その先
端に球状の接触子が形成されている構造であるが、水平
及び垂直方向の接触時に加わる衝撃に耐えられる大きさ
に設計されているために、前述した押出成型に用いられ
る金型のスリットなどの微小な隙間内にこのプローブ先
端が挿入できず、このスリット内の面の形状を計測する
ことが不可能であるという欠点がある。

【０００７】また、後者の画像処理機器などの非接触式
による場合では、画像処理機器の解像度で精度が決定さ
れるが、装置全体が大型化されてしまうとともに、高コ
ストとなってしまい、かつ被測定物の表面形状の計測の
みであることから、スリット内の面形状を計測すること
が不可能であるという欠点がある。

【０００８】そこで本発明は、上記問題点を解消するた
めに、微小な隙間であるスリットが形成されている被測
定物の形状を簡素な構成で正確に計測することができる
三次元測定方法及びその装置を提供することを目的とし
ている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】次に、上記の目的を達成
するための手段を、実施例に対応する図面を参照して説
明する。この発明の三次元測定方法は、基準となる水平
面ＷＨと、該水平面ＷＨに対して直角をなす垂直面ＷＶ
で構成されるスリットＳと、を具備する被測定物Ｗの形
状を計測する三次元測定方法において、基台２に対して
水平に直動するテーブル９に前記被測定物Ｗを固定し
て、前記被測定物Ｗの水平面ＷＨにおける同一直線上に
ない少なくとも３点を、水平面用プローブ３１の先端を
接触させた状態で、前記テーブル９及び該テーブル９に
対して直交する方向に水平に直動するステージ１６にて
前記水平面用プローブ３１を水平に移動させて前記各点
位置の前記基台２を基準とする縦，横，高さの三次元座
標をそれぞれ計測し、該水平面ＷＨの前記基台２に対す
る水平度を求めて補正値を算出し、次に、前記被測定物
Ｗの水平面ＷＨ上を前記水平面用プローブ３１を接触さ
せた状態で、前記テーブル９又は前記ステージ１６のみ
にて前記水平面ＷＨ上の任意の一直線上を水平方向に直
線移動させて、該水平面ＷＨの直線度を計測し、前記テ
ーブル９及びステージ１６の移動方向に対してそれぞれ
直交する垂直上下方向に移動可能なヘッド２１にて、前
記スリットＳ内に垂直面用プローブ２６を挿入して、該
スリットＳの対向する一方及び他方の垂直面ＷＶを該プ
ローブ２６を接触させた状態で、前記垂直面ＷＶの任意
の一直線上を垂直方向に上昇させながら直線移動させ
て、該各垂直面ＷＶの直線度を順次計測し、再び、前記
スリットＳ内に前記垂直面用プローブ２６を挿入して、
該スリットＳにおける前記一方の垂直面ＷＶａ又は前記
他方の垂直面ＷＶｂを、前記プローブ２６を接触させた
状態で、前記テーブル９又は前記ステージ１６のみにて
前記垂直面ＷＶの一直線上を水平方向に直線移動させ
て、該垂直面ＷＶの直線度を計測し、前記各面ＷＨ，Ｗ
Ｖの各直線度の測定値を前記補正値にて補正し、前記被
測定物Ｗの形状を求めることを特徴としている。

【００１０】また、この発明の三次元測定装置１は、基
準となる水平面ＷＨと、該水平面ＷＨに対して直角をな
す垂直面ＷＶで構成されるスリットＳと、を具備する被
測定物Ｓの形状を計測する三次元測定装置１において、
防振台３を介して設置される基台２に対して水平に直線
移動自在に配設され、前記被測定物Ｗを保持するテーブ
ル９と、前記テーブル９上を渡って前記基台２に立設さ
れた門型ブリッジ１３に支持されて前記テーブル９の上
方に配設され、該テーブル９の移動方向と直交する水平
方向に直線移動自在なステージ１６と、前記ステージ１
６に設けられて、該ステージ１６の移動方向に対して直
交し、かつ前記テーブル９の移動方向と直交する垂直上
下方向に直線移動自在なヘッド２１と、前記ヘッド２１
の底部２１ａに垂下状に延出して固設され、前記被測定
物ＷのスリットＳにおける垂直面ＷＶの垂直方向及び水
平方向の直線度を計測する垂直面用プローブ２６と、前
記垂直面用プローブ２６と並列して前記ヘッド２１の底
部２１ａに設けられるとともに、前記ヘッド２１の移動
方向と平行な同方向に摺動自在に設けられ、前記テーブ
ル９上に保持される前記被測定物Ｗの水平面ＷＨの基台
２に対する水平度及び該水平面ＷＨの直線度を計測する
水平面用プローブ３１と、を具備することを特徴として
いる。

【００１１】なお、前記垂直面用プローブ２６は、先端
のフィーラ２７の形状が、前記被測定物Ｗの垂直面ＷＶ
に接触する一側面２９のみが凸曲面形状とされている構
成としてもよい。

【００１２】

【作用】水平面ＷＨと、水平面ＷＨに対して直角をなす
垂直面ＷＶで構成されるスリットＳと、を具備する被測
定物Ｗを、基台２に対して水平に直動するテーブル９に
固定して、前記被測定物Ｗの水平面ＷＨにおける同一直
線上にない少なくとも３点を、水平面用プローブ３１の
先端（３９）を接触させた状態で、テーブル９及びこの
テーブル９に対して直交する方向に水平に直動するステ
ージ１６にて、前記水平面用プローブ３１を水平に移動
させて、前記各点位置の前記基台２を基準とする縦，
横，高さの三次元座標をそれぞれ計測し、該水平面ＷＨ
の前記基台２に対する水平度を求めて補正値を算出す
る。

【００１３】次に、被測定物Ｗの水平面ＷＨ上を、水平
面用プローブ３１を接触させた状態で、テーブル９又は
ステージ１６のみの直線移動にて、前記水平面ＷＨ上の
任意の一直線上を水平方向に直線移動させて、水平面用
プローブ３１の接触子３８の上下変位量を計測して、こ
の被測定物Ｗの水平面ＷＨの直線度を計測する。

【００１４】次に、テーブル９及びステージ１６の移動
方向に対してそれぞれ直交する垂直上下方向に移動可能
なヘッド２１にて、被測定物ＷのスリットＳ内に垂直面
用プローブ２６を挿入して、該スリットＳの対向する一
方及び他方の垂直面ＷＶを該プローブ２６を接触させた
状態で、前記垂直面ＷＶの任意の一直線上を垂直方向に
上昇させながら直線移動させて、これら垂直面ＷＶの垂
直な直線度を順次計測する。

【００１５】次に、再び、被測定物ＷのスリットＳ内に
垂直面用プローブ２６を挿入して、スリットＳにおける
一方又は他方のの垂直面ＷＶを、プローブ２６を接触さ
せた状態で、テーブル９又はステージ１６のみの直線移
動にて垂直面ＷＶの一直線上を水平方向に直線移動させ
て、この垂直面ＷＶの水平な直線度を計測する。

【００１６】そして、前記各面ＷＨ，ＷＶの各直線度の
測定値を前記補正値にて補正し、前記被測定物Ｗの形状
を求める。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は本発明による三次元測定装
置の一実施の形態を示す概略斜視図、図２は同実施の形
態によるテーブルの側断面図、図３は同実施の形態によ
るステージ及びヘッドの正面図、図４は同実施の形態に
よるプローブの正面図である。

【００１８】本発明の三次元測定装置１は、図１に示す
ように、基台２と、テーブル９と、ステージ１６と、ヘ
ッド２１と、センサ部２５と、とで大略構成されてい
る。

【００１９】まず、基台２は、床面からの振動が伝達さ
れないように、防振台３上に設置されている。この基台
２の上面には、図２に示すように、互いに平行な一対の
真直なガイドレール４と、各ガイドレール４と平行に軸
受５を介して配設されるボールネジ６とが配設されてい
る。

【００２０】各ガイドレール４には、摺動自在なガイド
スライダ７がそれぞれ設けられており、また、ボールネ
ジ６にはスライドブロック８が螺着されている。そし
て、各ガイドスライダ７と、スライドブロック８との上
部にテーブル９が渡設されるように配設され、ボールネ
ジ６に連結されている回転駆動用のモータ１０によっ
て、テーブル９が基台２に対して水平な前後方向（図中
Ｙ方向）に移動自在とされている。

【００２１】また、テーブル９の上面にはワークテーブ
ル１１が設けられている。このワークテーブル１１は、
上面が平滑に仕上げられており、この測定装置１にて測
定される被測定物Ｗが載置されるようになっている。な
お、このテーブル９の移動方向両端に位置する基台２上
面は、防塵用の蛇腹１２にて被覆されている。

【００２２】次に、基台２上には、図１に示すように、
前記テーブル９上方を、このテーブル９の移動方向と直
交する方向に渡るように門型ブリッジ１３が垂直に立設
固定されている。

【００２３】この門型ブリッジ１３には、上部の水平部
の正面側に、図３に示すように、上記テーブル９と同構
成の、互いに平行な一対の真直なガイドレール１４と、
各ガイドレール１４と平行に配設されるボールネジ１５
が、それぞれが水平となって、かつ前記テーブル９の移
動方向に対して直交するように設けられている。

【００２４】そして、各ガイドレール１４に摺動自在に
設けられているガイドスライダ（図示せず）、及びボー
ルネジ１５に螺着されているスライダブロック（図示せ
ず）を介して、ステージ１６が板面を垂直とされて設け
られ、すなわちこのステージ１６が、ボールネジ１５に
連結されている回転駆動用のモータ１７によって、基台
２に対して水平な左右方向（図中Ｘ方向）に移動自在と
なっている。

【００２５】また、この移動自在なステージ１６の垂直
な正面側の板面には、図３に示すように、上記テーブル
９及びステージ１６と同構成の、互いに平行な一対の真
直なガイドレール１８と、各ガイドレール１８と平行に
配設されるボールネジ１９が、前記テーブル９及びステ
ージ１６の各移動方向に対して互いに直交するように、
ステージ１６板面に垂直となって設けられている。

【００２６】そして、各ガイドレール１８に摺動自在に
設けられているガイドスライダ（図示せず）、及びボー
ルネジ１９に螺着されているスライダブロック（図示せ
ず）を介してヘッド２１を構成する基板２０が板面を垂
直とされて設けられ、すなわちこの基板２０が、ボール
ネジ１９に連結されている回転駆動用のモータ２２によ
って、基板２０に対して垂直な上下方向（図中Ｚ方向）
に移動自在となっている。

【００２７】なお、ステージ１６及びヘッド基板２０の
移動軌跡上には、防塵用の蛇腹２３，２４がそれぞれ設
けられている。

【００２８】この基板２０には、図１及び図４に示すよ
うに、直方形状のヘッド２１が設けられており、底部２
１ａにセンサ部２５が延出するように配設されている。

【００２９】このセンサ部２５は、垂直面用プローブ２
６と、水平面用プローブ３１とで構成されており、それ
ぞれが図４に示すように並列して、ヘッド２１の底部２
１ａに垂下状となって設けられている。

【００３０】垂直面用プローブ２６は、図４に示すよう
に、先端に配設されるフィーラ２７がヘッド２１の底部
２１ａより垂下状に延出するように固設されている。

【００３１】この垂直面用プローブ２６は、先端のフィ
ーラ２７の基部２７ａがプローブ本体２８に軸支されて
おり、フィーラ２７の先端側が揺動自在とされ、この揺
動により変化する静電容量を周波数変調方式にてアナロ
グ信号で出力するレバー式のプローブよりなり、このフ
ィーラ２７の揺動角度の変化を検出して被測定物Ｗの形
状を計測するものであり、本実施の形態の場合では、軸
支されている基部２７ａに対してフィーラ２７先端側が
やや傾斜するように、軸支部分が弾性部材などにて付勢
されて、この弾性部材の付勢力にてフィーラ２７の接触
面２９が、測定対象の面に当接するようになっている。

【００３２】また、このフィーラ２７は、先端部２７ｂ
が、細径な針状の超硬ロッドよりなるとともに、最先端
に接触子３０が設けられている。この接触子３０は、図
５（ａ）（ｂ）に示すように、球体に、互いに隣り合う
垂直な三面を切り欠き（図５（ａ）中Ｃ及び（ｂ）中
Ｃ）形成し、平断面形状が略かまぼこ状に形成され、す
なわち、被測定物Ｗの測定面に接触する接触面２９のみ
が凸曲面形状とされた形状となっている。

【００３３】なお、この垂直面用プローブ２６は、基端
に図示しない回転駆動機構が配設され、フィーラ先端２
７ｂの凸球面形状の接触面２９が、所望の方向を向くよ
うに制御できるようになっている。

【００３４】次に、水平面用プローブ３１は、図４に示
すように、垂直面用プローブ２６と並列してヘッド２１
に設けられている。

【００３５】この水平面用プローブ３１は、プローブ本
体３２が固定具（図示せず）を介して真直なスライドレ
ール３４に固定されるとともに、ヘッド２１の基板２０
に配設されるガイドブロック３５に摺動自在に設けられ
ており、その摺動方向はヘッド２１の移動方向と平行な
同方向、すなわち垂直な上下方向とされて、このヘッド
２１の底部２１ａに対してプローブ３１が上下に進退自
在となるように設けられている。

【００３６】そして、図４に示すように、スライドレー
ル３４の上部には、水平方向に突出するブラケット３６
が設けられ、ヘッド２１の側部に形成されている上下に
長尺なガイドスリット（図示せず）を介して締結ネジ３
７が螺着されており、この水平面用プローブ３１のヘッ
ド２１に対する上下位置を固定できるようになってい
る。

【００３７】また、この水平面用プローブ３１の先端３
１ａの接触子３８は、底面となる先端面３９が球面状に
形成されるとともに、この接触子３８がプローブ本体３
２に対して長手方向に所定範囲内を進退自在とされ、こ
の進退により変化する静電容量を周波数変調方式にてア
ナログ信号で出力するプランジャ式のプローブより構成
されており、この接触子３８の所定範囲内の進退距離
（変位）を検出し計測するものである。

【００３８】なお、水平面用及び垂直面用の各プローブ
２６，３１は、基端よりケーブル４０を介して図示しな
い制御部に接続され、各検出値の数値やこの数値を元に
表される変位図形などが、ディスプレイにて表示される
ようになっている。

【００３９】また、図示はしないが、前述したテーブル
９，ステージ１６，ヘッド２１の各部には、駆動源であ
るモータ１０，１７，２２に配設されるロータリエンコ
ーダなどの回転位置センサが配設され、各位置座標に変
換でき、基台２を基準とする縦，横，高さの三次元座標
が計測されるようになっているとともに、各部９，１
６，２１を駆動制御するための制御部および、これら駆
動を外部より指示する操作卓Ｋ（図１参照）、計測され
た三次元座標及び各プローブ２６，３１によって得られ
る各計測値を記憶する記憶手段などが接続される。

【００４０】次に、上述した構成の三次元測定装置１に
よる被測定物Ｗの測定方法を、各段階手順を追って説明
する。

【００４１】なお、本発明の測定装置１による測定対象
としての被測定物Ｗは、従来の技術でも述べた、建築材
料などのアルミ型材を成形させる図６（ａ）に示すよう
な押出成形用の金型Ｗで、図６（ｂ）に示すように水平
面ＷＨと、この水平面ＷＨに対して直角をなす垂直面Ｗ
Ｖで構成される口金となるスリットＳとを具備した形状
とされている。

【００４２】そして、被測定物である金型Ｗを、この測
定装置１のワークテーブル１１上に載置する。

【００４３】また、テーブル９の移動方向である前後方
向をＹ軸方向、ステージ１６の移動方向である左右方向
をＸ軸方向、ヘッド２１の移動方向である上下方向をＺ
軸方向とし、Ｙ軸方向における前方向を＋Ｙ方向，後方
向を−Ｙ方向、Ｘ軸方向における左方向を＋Ｘ方向，右
方向を−Ｘ方向、Ｚ軸方向における上方向を＋Ｚ方向，
下方向を−Ｚ方向、として説明を行う（図１，図２，図
３参照）。

【００４４】（１）金型Ｗの水平面ＷＨの水平度の測定
（図７参照） まず、基台２上のモータ１０を駆動させ、テーブル９を
水平なＹ方向に移動させ、テーブル９上に固定された金
型Ｗを、ヘッド底部２１ａに延設されているセンサ部２
５の真下の位置に移動させる。

【００４５】このとき、センサ部２５は、水平面用プロ
ーブ３１が、水平面ＷＨ直前の位置となるようにスライ
ドレール３４にて移動させ（図４中矢線）、締結ネジ３
７にて固定させ、この水平面用プローブ３１の接触子先
端面３９を垂直面用プローブ２６の接触子３０より下方
に延出させる（図４中一点鎖線）。

【００４６】次に、テーブル９及びステージ１６をそれ
ぞれ駆動し、基台２に対するＹ軸方向及びＸ軸方向の移
動を行い、水平面用プローブ３１の先端子３８を金型Ｗ
の計測を行う水平面ＷＨの起点位置の真上に停止させる
（図７（ａ）中Ａ位置）。なお、このテーブル９及びス
テージ１６によるプローブ３１と金型Ｗとの位置合わせ
は、各モータ１０，１７の駆動にて行ってもよく、ま
た、手動にて移動を行い位置合わせを行ってもよい。

【００４７】次に、ヘッド２１を下（−Ｚ）方向に移動
させて、水平面用プローブ３１の接触子先端面３９を金
型Ｗの水平面ＷＨに当接させるとともに、接触子３８を
やや縮退させて、停止させ、この位置での基台２を基準
とする縦，横，高さの位置、すなわちＸ，Ｙ，Ｚの各軸
方向の三次元座標値を、テーブル９，ステージ１６，ヘ
ッド２１に配設される各センサにて計測するとともに、
プローブ３１の検出値の高さ方向の値である変位値を０
に補正する（図７（ａ）中Ｂ位置）。このとき、この水
平面用プローブ３１の検出値である変位値は、制御部に
て図７（ｂ）に示すようにディスプレイに表示され、接
触子３８の伸縮状態をレンジ表示するようになってい
る。

【００４８】なお、このヘッド２１の下降は、接触子３
８が金型Ｗの水平面ＷＨの１〜２ｍｍ上方の位置（図７
（ａ）中Ｂ’位置）となるまで、手動にて移動させても
よく、この位置から各モータ１０，２２による駆動で接
触子３８の当接及び縮退を行わせる手順としてもよい。

【００４９】次に、手動またはモータ１０，１７による
駆動によって、テーブル９および／またはステージ１６
を移動させ、すなわち水平な一次元または二次元の方向
に移動させ、２点目の位置（図７（ａ）中Ｃ点）の三次
元座標値、及び変位値の各計測を行う。このとき、Ｚ軸
方向の移動を行うヘッド２１は移動させず、接触子３８
を金型Ｗの水平面上に接触させた状態で摺動移動させ、
停止した位置の計測を行う。

【００５０】次に、再び、手動またはモータ１０，１７
による駆動によって、テーブル９および／またはステー
ジ１６を移動させ、すなわち水平な一次元または二次元
の方向に移動させ、３点目の位置（図７（ａ）中Ｄ点）
の三次元座標値及び変位値の各計測を行う。このときも
前記同様、Ｚ軸方向の移動を行うヘッド２１は移動させ
ず、接触子３８を金型Ｗの水平面ＷＨ上に接触させた状
態で摺動移動させ、停止した位置の計測を行う。

【００５１】また、起点及び２点目と、この３点目と
は、図７（ｂ）に示すように、同一直線上にないような
位置とするとともに、４点目以降を計測する場合もそれ
ぞれが同一直線上とならないように計測を行う。なお、
この計測点数は、３点以上とし、１０点以下とする。

【００５２】そして、上記各計測値によって、テーブル
９上に固定された金型Ｗの水平面ＷＨの、基台２に対す
る水平度が算出され、これを補正値とする。この補正値
は角度として算出され記憶される。計測後は、プローブ
３１をヘッドの移動にて上昇させ、前記起点の略上方の
位置へ移動させる。なお、計測値及び補正値などの数値
はディスプレイ表示が行われるとともに、計測点が図形
表示されるようになっている。

【００５３】（２）金型Ｗの水平面ＷＨの直線度の測定
（図８参照） 次に、水平面用プローブ３１を、再び金型Ｗの水平面Ｗ
Ｈ上に当接状態となるように移動させる。次に、この水
平面用プローブ３１による測定距離，測定ピッチと測定
方向を設定する。この設定は、キーボードなどの入力手
段にて行われ、測定距離は測定する水平面ＷＨ上の長さ
であり、測定方向は基台２に対するＹ軸方向またはＸ軸
方向で＋方向か−方向の４種類の方向のいずれか一方
向、すなわち金型Ｗの水平面ＷＨ上をプローブ３１が一
直線に移動するように選択する。本実施の形態では＋Ｘ
方向に設定する例について説明する。

【００５４】そして、接触子３８をやや縮退させて、こ
の接触子３８の伸縮状態がレンジ表示にて、略０の位置
となる変位位置にて停止させ（図８（ａ）中Ａ点）、こ
の位置の三次元座標値を計測するとともに、この検出値
の変位値を０に補正する。

【００５５】次に、外部より入力され設定される測定距
離，測定ピッチおよび測定方向により、ヘッド２１を移
動させずに、ステージ１６を＋Ｘ方向に移動させ、所望
の距離を水平面用プローブ３１を一直線状に移動させ
て、その距離間の三次元座標値および変位値の計測を行
う。計測される各値は、移動距離間の所定ピッチ毎に計
測が行われ、変位値は金型Ｗの水平面ＷＨの直線度、別
言するとＸ軸方向に対するＺ軸方向の変位量となる。

【００５６】計測された値は、数値及び図形として図８
（ｂ）に示すようにディスプレイ表示され、またこれら
測定結果が記憶される。

【００５７】計測後は、ヘッド２１が上昇（＋Ｚ方向）
移動を行い、水平面用プローブ３１を金型Ｗから上昇さ
せる（図８（ａ）中Ｂ点及びＣ点）。

【００５８】（３）金型ＷのスリットＳにおける垂直面
ＷＶの直線度の測定 （ａ）垂直面ＷＶにおける垂直方向の直線度の測定（図
９参照） 次に、金型Ｗの水平面ＷＨを計測する水平面用プローブ
３１を、延出状態から後退させるようにスライドレール
３４にて上昇移動させ、最上位の位置で締結ネジ３７に
て固定させ、垂直面用プローブ２６のみをヘッド２１の
底部２１ａから垂下状態となるように設定する（図４参
照）。

【００５９】なお、本実施の形態では、測定対象である
金型ＷのスリットＳは、基台２に対するＹ軸方向を長手
方向とし、Ｘ軸方向を幅方向とされて、テーブル９上に
固定される。

【００６０】次に、手動又はモータ１０，１７による駆
動で、テーブル９及びステージ１６をそれぞれ移動さ
せ、垂直面用プローブ２６を金型ＷのスリットＳの上方
に位置させる（図９（ａ）中Ａ点）とともに、ヘッド２
１を手動又はモータ２２による駆動にて下（−Ｚ）方向
に移動させ、垂直面用プローブ２６の接触子３０をスリ
ットＳ内に挿入する（図９（ａ）中Ｂ点）。このとき、
接触子３０の高さ位置は金型Ｗの水平面ＷＨよりやや下
となる互いに対向する垂直面ＷＶの略中間とさせる。

【００６１】次に、垂直面用プローブ２６の接触子３０
を金型Ｗの一方の垂直面ＷＶａに当接状態となるように
ステージ１６を＋Ｘ方向に移動させる。次に、この垂直
面用プローブ２６の接触子３０の接触面２９の方向と、
このプローブ２６による測定間隔幅（測定ピッチ）を設
定する。この設定は、キーボードなどの入力手段にて行
われる。

【００６２】次に、ステージ１６が移動し、垂直面用プ
ローブ２６の接触子３０を、金型Ｗの垂直面ＷＶａに当
接させるとともに、このフィーラ２７が略垂直となりプ
ローブ本体２８と略真直となる位置までＸ軸方向に移動
させ、レンジ表示が略０を指し示す位置にて停止させる
（図９（ａ）中Ｃ点）。

【００６３】このときのフィーラ２７は、基部２７ａの
軸支部分を中心として、垂直面ＷＶ方向に押圧付勢され
た状態となっている。また、このときの停止した位置
（Ｃ点）の三次元座標値を計測するとともに、プローブ
２６の変位値を０に補正する。

【００６４】次に、接触子３０が金型Ｗの垂直面ＷＶに
接触した状態で、ヘッド２１が下降（−Ｚ方向）し、接
触子３０による変位値が大きく変化する点（図９（ａ）
中Ｄ点）を計測開始点と設定し、またこの位置における
三次元座標値を計測する。この変位値が大きく変化する
点は垂直面ＷＶの最下端である。

【００６５】次に、テーブル９及びステージ１６を移動
させずに、ヘッド２１のみを上昇移動させ、設定された
ピッチ毎に垂直面用プローブ２６を垂直な一直線状に移
動させて、計測を行う。計測される値は、各ピッチ毎の
三次元座標値とＺ軸に対するＸ軸方向の変位量であり、
この変位量は０に補正された前記停止位置（Ｃ点）に対
する垂直面ＷＶの垂直な一直線上の直線度の値とされ、
計測が行われる。そして、垂直面プローブ２６の接触子
３０が垂直面ＷＶの上端縁を越え、フィーラ２７が略垂
直状態から傾斜状態となった点（図９（ａ）中Ｅ点）で
計測が終了となる。

【００６６】計測された値は、数値及び図形として図９
（ｂ）に示すようにディスプレイ表示され、またこれら
測定結果が記憶される。

【００６７】計測後は、ヘッド２１が上昇移動を行い、
垂直面用プローブ２６を金型Ｗから上昇させる（図９
（ａ）中Ｆ点）。

【００６８】次に、金型Ｗの水平面ＷＨより上方に位置
（図１０（ａ）中Ｆ点）する垂直面用プローブ２６は、
基端に配設されている図示しない回転駆動機構により１
８０°水平回転し、接触子３０の接触面２９を逆方向、
すなわち本実施の形態では−Ｘ方向に向ける。このと
き、このプローブ２６のフィーラ２７は本体２８に対し
て傾斜していることから、接触子３０はこの回転で図中
Ｇ点に移動する。

【００６９】次に、ヘッド２１が再び下降して、プロー
ブ２６の接触子３０を、スリットＳの対向する垂直面Ｗ
Ｖの略中間で、金型Ｗの水平面ＷＨよりやや下となる位
置のスリットＳ内に挿入させ停止する（図１０（ａ）中
Ｈ点）。

【００７０】次に、垂直面用プローブ２６の接触子３０
を金型Ｗの前記一方の垂直面ＷＶａと対向する他方の垂
直面ＷＶｂに当接状態となるようにステージ１６を−Ｘ
方向に移動させる。

【００７１】次に、ステージ１６が移動し、垂直面用プ
ローブ２６の接触子３０を、金型Ｗの他方の垂直面ＷＶ
ｂに当接させるとともに、このフィーラ２７が略垂直と
なりプローブ本体２８と略真直となる位置まで−Ｘ方向
に移動させ、レンジ表示が略０を指し示す位置にて停止
させる（図１０（ａ）中Ｉ点）。

【００７２】このときのフィーラ２７は、基部の軸支部
分を中心として、垂直面ＷＶｂ方向に押圧付勢された状
態となっている。また、このときの停止した位置（Ｉ
点）の三次元座標値を計測するとともに、プローブ２６
の変位値を０に補正する。

【００７３】次に、接触子３０が金型Ｗの垂直面ＷＶｂ
に接触した状態で、ヘッド２１が下降して、フィーラ２
７による変位値が大きく変化する点（図１０（ａ）中Ｊ
点）を計測開始点と設定し、またこの位置における三次
元座標値を計測する。この変位値が大きく変化する点は
垂直面ＷＶｂの最下端である。

【００７４】次に、テーブル９及びステージ１６を移動
させずに、ヘッド２１のみを上昇移動させ、設定された
ピッチ毎に垂直面用プローブ２６を垂直な一直線状に移
動させて、計測を行う。

【００７５】計測される値は、各ピッチ毎の三次元座標
軸とＺ軸に対するＸ軸方向の変位量であり、この変位量
は０に補正された前記停止位置（Ｉ点）に対する金型Ｗ
の垂直面ＷＶｂの垂直な一直線上の直線度の値とされ、
計測が行われる。そして、垂直面プローブ２６の接触子
３０が垂直面ＷＶの上端縁を越え、フィーラ２７が略垂
直状態から傾斜状態となった点（図１０（ａ）中Ｋ点）
で計測が終了となる。

【００７６】計測された値は、数値及び図形として図１
０（ｂ）に示すようにディスプレイ表示され、またこれ
ら測定結果が記憶される。

【００７７】計測後は、ヘッド２１が上昇移動を行い、
垂直面用プローブ２６を金型Ｗから上昇させる（図１０
（ａ）中Ｌ点）。

【００７８】（ｂ）垂直面ＷＶにおける水平方向の直線
度の測定（図１１参照） 次に、手動又はモータ１０，１７による駆動で、テーブ
ル９及びステージ１６を移動させ、垂直面用プローブ２
６を金型ＷのスリットＳの上方に位置させる（図１１
（ａ）中Ａ点）とともに、ヘッド２１を手動又はモータ
２２による駆動にて下（−Ｚ）方向に移動させ、垂直面
用プローブ２６の接触子３０をスリットＳ内の所望の測
定深さに挿入する（図１１（ａ）中Ｂ点）。なお、接触
子３０の接触面２９の向きは、前述した垂直面ＷＶにお
ける垂直方向の直線度の測定時の初期の状態、すなわち
スリットＳの一方の垂直面ＷＶａ側（＋Ｘ方向）に向く
ように設定される。

【００７９】次に、この垂直面用プローブ２６の接触子
３０の接触面２９の方向と、このプローブ２６による測
定距離、プローブの移動方向、及び測定ピッチ幅を設定
する。この設定は、キーボードなどの入力手段にて行わ
れる。なお、この実施の形態の場合、プローブ２６の移
動方向は、基台２に対する−Ｙ方向とされる。

【００８０】次に、ステージ１６が移動し、垂直面用プ
ローブ２６の接触子３０を、金型Ｗの垂直面ＷＶに当接
させるとともに、このフィーラ２７が略垂直となりプロ
ーブ本体２８と略真直となる位置まで＋Ｘ方向に移動さ
せ、レンジ表示が略０を指し示す位置にて停止させ、こ
の点を起点とする（図１１（ａ）中Ｃ点）。

【００８１】このときのフィーラ２７は、基部２７ａの
軸支部分を中心として、垂直面ＷＶ方向に押圧付勢され
る。また、このときの停止した位置（Ｃ点）の三次元座
標値を計測するとともに、プローブ２６の変位値を０に
補正する。

【００８２】次に、接触子３０が金型Ｗの垂直面ＷＶに
接触した状態で、ヘッド２１及びステージ１６を移動さ
せずに、テーブル９のみを移動させ、設定されたピッチ
毎に垂直面用プローブ２６を平行で真直な一直線状に−
Ｙ方向に移動させて、計測を行う。

【００８３】計測される値は、各ピッチ毎の三次元座標
値とＹ軸に対するＸ軸方向の変位量であり、この変位量
は０に補正された起点（Ｃ点）に対する金型Ｗの垂直面
ＷＶの水平な一直線上の直線度の値とされ、計測が行わ
れる。そして、垂直面用プローブ２６の接触子３０が設
定された測定距離に達した時点（図１１（ｂ）中Ｄ点）
で、計測が終了となる。

【００８４】計測された値は、数値及び図形として図１
１（ｃ）に示すようにディスプレイ表示され、またこれ
ら測定結果が記憶される。

【００８５】計測後は、ステージ１６が−Ｘ方向に移動
を行い、垂直面用プローブ２６を金型Ｗの垂直面ＷＶか
ら離脱させ（図１１（ｂ）中Ｅ点）、また、ヘッド２１
が上昇移動してスリットＳ内から上昇させる。

【００８６】（４）各計測値の補正 次に、前述した（２），（３）（ａ），（３）（ｂ）の
手順により得られた各直線度の測定値を、前記（１）の
手順により得られた補正値にて補正が行われ、基台２に
対して固定されている金型Ｗの固定状態の誤差を除いた
実際の金型Ｗの各面における各直線度を算出する。

【００８７】そして、ディスプレイ画面上に、その形状
を表示し、または数値にて表示し、三次元形状の計測結
果が得られる。

【００８８】従ってこのように構成された三次元測定方
法及びその装置１では、微小な隙間であるスリットＳが
形成されている被測定物としての金型Ｗの形状を測定す
る際に、プローブ２６，３１が配設されるヘッド２１、
ヘッド２１が設けられるステージ１６、ステージ１６が
設けられるテーブル９の各々が、基台２に対して、個別
に直線移動するように、すなわちプローブ２６，３１に
て計測が行われる際には、一次元的にプローブ２６，３
１を直線移動させて計測するので、このプローブ２６，
３１を移動させる１つの駆動部分以外の影響は受けず、
このプローブ２６，３１の精度を保ちながら計測が行え
るので、正確な結果を得ることができる。

【００８９】また、各駆動部分を同時に駆動させること
がないことから、製作組立時やメンテナンス時の調整が
各部において精度を保つよう調整すればよいので、作業
が簡単になり、構成として簡素であることから、装置全
体として廉価に製作が行える。

【００９０】さらに、従来の測定方法と異なって計測す
る面（ＷＨ，ＷＶ）の任意の一直線を連続して計測する
ため、プローブ移動時の誤差が発生せず、また、基準と
なる測定対象の水平面ＷＨの水平度を計測し、補正して
被測定物Ｗの形状を算出するので、より信頼性の高い測
定結果を得ることができる。

【００９１】また、垂直面用プローブ２６のフィーラ２
７の先端部３０の形状を、従来に比べて接触する面２９
のみが凸球面形状とされるとともに、接触時に大きな衝
撃の加わらない計測方法であることから小型な形状とで
きるので、微小な隙間である押出成形用の金型Ｗのスリ
ットＳなどに対しても十分に対応でき、これにより、こ
のスリットＳ内の面形状を計測することが可能となり、
また接触による計測であることから計測値の信頼性が向
上する。

【００９２】なお、上述した実施の形態では、被測定物
である金型Ｗのテーブル９への固定状態を、スリットＳ
の長手方向をＹ軸方向、幅方向をＸ軸方向とし、この状
態のスリットＳの各面の測定手順について述べたが、ス
リットＳの長手方向及び幅方向は、この状態に限ること
がなく、長手方向をＸ軸方向、幅方向をＹ軸方向とした
場合、その水平面，垂直面の測定手順において、テーブ
ル９及びステージ１６の移動方向などは、このスリット
Ｓに応じて変更される。

【００９３】また、金型Ｗなどの被測定物をより厳密な
三次元形状で求める場合は、上述した手順をあらゆる方
向にて行うことで得ることが可能である。

【００９４】

【発明の効果】以上説明したように本発明による三次元
測定方法及びその装置では、微小な隙間であるスリット
が形成されている被測定物を測定する際に、プローブが
配設されるヘッド、ヘッドが設けられるステージ、ステ
ージが設けられるテーブルの各々が、基台に対して、各
々個別に直線移動して、すなわちプローブにて計測が行
われる際には、一次元的にプローブを直線移動させて計
測するので、このプローブを移動させる１つの駆動部分
以外の誤差などの影響は受けず、このプローブの持つ精
度を保ちながら計測が行えるので、正確な計測結果を得
ることができるという効果がある。

【００９５】また、テーブル，ステージ，ヘッドを同時
に駆動させることがないことから、製作組立時やメンテ
ナンス時の調整が各部において精度を保つよう調整すれ
ばよいので、組立作業や調整作業を簡単に行うことがで
き、またこのことから各部の構成が、各々の直線移動に
おいて精密である簡素な構造とすることができることか
ら、装置全体として廉価に製造できるという効果があ
る。

【００９６】さらに、従来の測定方法と異なって計測す
る面の任意の一直線を連続して計測するため、テーブル
やステージ，ヘッドなどによるプローブの移動時の三次
元座標値の誤差が発生せず、また、測定対象の水平面を
基準として計測し、この水平面の傾きなどを求めて他の
計測値を補正して被測定物の形状を算出するので、より
信頼性の高い測定結果を得ることができるという効果が
ある。

【００９７】また、垂直面用プローブのフィーラ先端の
形状を、従来に比べて接触する面のみが凸曲面形状とさ
れるとともに、被測定物への接触時に大きな衝撃の加わ
らない計測方法であることから小型な形状とできるの
で、微小な隙間である押出成形用の金型のスリットなど
に対しても十分に対応でき、これにより、このスリット
内の面形状を計測することが可能となり、また接触によ
る計測であることから計測値の信頼性が向上するという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による三次元測定装置の一実施の形態を
示す概略斜視図

【図２】同実施の形態によるテーブルの側断面図

【図３】同実施の形態によるステージ及びヘッドの正面
図

【図４】同実施の形態による垂直面用プローブ及び水平
面用プローブの正面図

【図５】（ａ）同実施の形態による垂直面用プローブの
先端形状を示す側面図 （ｂ）同正面図

【図６】（ａ）本発明による三次元測定装置にて計測さ
れる被測定物（金型）の概略斜視図 （ｂ）同側断面図

【図７】（ａ）本発明による三次元測定方法による被測
定物の水平面の水平度の測定手順を示す概略側断面図 （ｂ）同表示画面の図

【図８】（ａ）同測定方法による被測定物の水平面の直
線度の測定手順を示す概略側断面図 （ｂ）同表示画面の図

【図９】（ａ）同測定方法による被測定物のスリットに
おける垂直面の垂直方向の直線度の測定手順を示す概略
側断面図 （ｂ）同表示画面の図

【図１０】（ａ）同測定方法による被測定物のスリット
における垂直面の垂直方向の直線度の測定手順を示す概
略側断面図 （ｂ）同表示画面の図

【図１１】（ａ）同測定方法による被測定物のスリット
における垂直面の水平方向の直線度の測定手順を示す概
略側断面図 （ｂ）同平面図 （ｃ）同表示画面の図

【符号の説明】

１…三次元測定装置 ２…基台 ３…防振台 ９…テーブル １３…門型ブリッジ １６…ステージ ２１…ヘッド ２１ａ…底部 ２６…垂直面用プローブ ３１…水平面用プローブ Ｓ…スリット Ｗ…被測定物（金型） ＷＨ…水平面 ＷＶ…垂直面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩切 利彦 東京都大田区蒲田本町１−９−３ 株式 会社新潟鉄工所 エンジニアリングセン ター内 (56)参考文献 特開 平９−113254（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−113259（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−126750（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01B 21/00 - 21/32

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基準となる水平面と、該水平面に対して
   直角をなす垂直面で構成されるスリットと、を具備する
   被測定物の形状を計測する三次元測定方法において、 基台に対して水平に直動するテーブルに前記被測定物を
   固定して、前記被測定物の水平面における同一直線上に
   ない少なくとも３点を、水平面用プローブの先端を接触
   させた状態で、前記テーブル及び該テーブルに対して直
   交する方向に水平に直動するステージにて前記水平面用
   プローブを水平に移動させて前記各点位置の前記基台を
   基準とする縦，横，高さの三次元座標をそれぞれ計測
   し、該水平面の前記基台に対する水平度を求めて補正値
   を算出し、 次に、前記被測定物の水平面上を前記水平面用プローブ
   を接触させた状態で、前記テーブル又は前記ステージの
   みにて前記水平面上の任意の一直線上を水平方向に直線
   移動させて、該水平面の直線度を計測し、 前記テーブル及びステージの移動方向に対してそれぞれ
   直交する垂直上下方向に移動可能なヘッドにて、前記ス
   リット内に垂直面用プローブを挿入して、該スリットの
   対向する一方及び他方の垂直面を該プローブを接触させ
   た状態で、前記垂直面の任意の一直線上を垂直方向に上
   昇させながら直線移動させて、該各垂直面の直線度を順
   次計測し、 再び、前記スリット内に前記垂直面用プローブを挿入し
   て、該スリットにおける前記一方の垂直面又は前記他方
   の垂直面を、前記プローブを接触させた状態で、前記テ
   ーブル又は前記ステージのみにて前記垂直面の一直線上
   を水平方向に直線移動させて、該垂直面の直線度を計測
   し、 前記各面の各直線度の測定値を前記補正値にて補正し、
   前記被測定物の形状を求めることを特徴とする三次元測
   定方法。
2. 【請求項２】 基準となる水平面と、該水平面に対して
   直角をなす垂直面で構成されるスリットと、を具備する
   被測定物の形状を計測する三次元測定装置において、 防振台を介して設置される基台に対して水平に直線移動
   自在に配設され、前記被測定物を保持するテーブルと、 前記テーブル上を渡って前記基台に立設された門型ブリ
   ッジに支持されて前記テーブルの上方に配設され、該テ
   ーブルの移動方向と直交する水平方向に直線移動自在な
   ステージと、 前記ステージに設けられて、該ステージの移動方向に対
   して直交し、かつ前記テーブルの移動方向と直交する垂
   直上下方向に直線移動自在なヘッドと、 前記ヘッドの底部に垂下状に延出して固設され、前記被
   測定物のスリットにおける垂直面の垂直方向及び水平方
   向の直線度を計測する垂直面用プローブと、 前記垂直面用プローブと並列して前記ヘッドの底部に設
   けられるとともに、前記ヘッドの移動方向と平行な同方
   向に摺動自在に設けられ、前記テーブル上に保持される
   前記被測定物の水平面の基台に対する水平度及び該水平
   面の直線度を計測する水平面用プローブと、 を具備することを特徴とする三次元測定装置。
3. 【請求項３】 前記垂直面用プローブは、先端のフィー
   ラの形状が、前記被測定物の垂直面に接触する一側面の
   みが凸曲面形状とされていることを特徴とする請求項２
   記載の三次元測定装置。