JP3711711B2

JP3711711B2 - ３次元形状測定方法

Info

Publication number: JP3711711B2
Application number: JP27136297A
Authority: JP
Inventors: 準一甘糟
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-10-03
Filing date: 1997-10-03
Publication date: 2005-11-02
Anticipated expiration: 2017-10-03
Also published as: JPH11110024A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、３次元形状測定方法に係り、特に、板の角部分の形状を自動的に測定できるようにした３次元形状測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、部品の形状を測定するために３次元形状測定装置を用いている。この部品の形状の測定の内、板の角部の測定は、概略次のような手順で行われている。
【０００３】
まず、測定しようとする部品のＣＡＤデータを用いて全ての測定点の座標を算出し、この算出した座標に基づいてプローブの動きに関するプログラムを作成する。
【０００４】
この作業が終わったら、プログラムにしたがってプローブを測定点まで移動させ、Ａ面について図７に示すような２点を、次に、Ｂ面について同じように２点を測定し、それぞれの面について面の向きを示す法線ベクトルを算出すると共に、測定した２点を結んで直線を作成し、この両直線の交点を角部の座標とする。
【０００５】
このような操作を一定のピッチで行うと、一定の間隔で角部の座標が求まるので、これから測定部品の角部の実際のプロフィールを求めることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の３次元形状測定方法では、測定したい全ての測定点の座標をＣＡＤ上で算出しなければならず、また、それらの測定点にプローブを動かすための軌跡をプログラムする必要があるので、測定点を算出するためのＣＡＤ操作やプローブの軌跡のプログラミングには膨大な工数が必要となる。
【０００７】
たとえば、複雑な形状の部品の角部のプロフィールを測定する場合には、数百点という膨大な点の測定をすることが必要になるが、このために必要な測定点の座標の算出や、プローブの動作プログラムの作成に要する時間は計り知れない。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点を解消するためになされたものであり、測定に必要な最低限の座標の設定や各測定点に共通するプローブの動作プログラムを用意するのみで、自動的に板の角部の形状を測定することができるようにした３次元形状測定方法の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明は以下のように構成される。
請求項１に記載の発明は、ワークの角部の稜線上の始点座標、終点座標、基準点の測定間隔を入力する第１段階と、プローブを始点座標の近くまで移動させて、当該角部の始点座標の近辺に基準点があるかどうかをサーチする第２段階と、基準点がない場合、処理を終了する第３段階と、基準点がある場合、当該基準点を共有する第１の面の法線ベクトルＤＩＲＡ及び第２の面の法線ベクトルＤＩＲＣを求める第４段階と、前記第２の面に位置する一点の座標を測定する第５段階と、当該測定した第２の面の面上に位置する一点から当該第２の面の法線ベクトルＤＩＲＣに対して直角方向に前記第１の面に向けてプローブを移動させ、当該第１の面との交点を基準点の実座標として登録する第６段階と、前記プローブをＤＩＲＣ方向に一定量移動させ、前記基準点の稜線方向のベクトルＤＩＲＢ方向に前記測定間隔だけ移動させ、−ＤＩＲＣ方向に移動させる第７段階と、直前に実座標として登録された基準点から前記ベクトルＤＩＲＢ方向に前記測定間隔だけ移動した新たな基準点があるかどうかをサーチする第８段階と、を有し、前記プローブの位置が前記終点座標に至るまでは、前記ベクトルＤＩＲＢ方向に前記測定間隔だけ移動した新たな基準点がある場合、前記第４乃至第８段階を繰り返す一方、前記ベクトルＤＩＲＢ方向に前記測定間隔だけ移動した新たな基準点がない場合、処理を終了し、前記プローブの位置が前記終点座標に至った場合には、前記始点座標近辺で測定された基準点、および前記第４乃至第８段階を繰り返す過程で前記新たな基準点として順次に測定された基準点の実座標を通る曲線を算出して前記角部の形状を求めることを特徴とする３次元形状測定方法である。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の３次元形状測定方法において、前記第４段階〜第７段階のうちのいずれかの段階と段階の間に、前記基準点を基準として、当該基準点が含まれる前記第２の面の前記角部の稜線に沿って前後方向に位置する２点の座標を測定する段階と、当該２点の座標から、前記基準点の稜線方向のベクトルＤＩＲＢを求める段階と、を有することを特徴とする請求項１に記載の３次元形状測定方法である。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の３次元形状測定方法において、前記第１段階では、ワークのＣＡＤデータから作成される前記第２の面の始点座標における法線ベクトルＤＩＲＣがさらに入力され、前記第２段階で行われる前記基準点のサーチは、当該法線ベクトルＤＩＲＣとプローブの移動方向とで形成される角度が９０度よりも大きくなるような移動方向から行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載の３次元形状測定方法である。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の３次元形状測定方法において、前記基準点を共有する前記第１の面の法線ベクトルＤＩＲＡ及び前記第２の面の法線ベクトルＤＩＲＣを求める第４段階は、前記基準点から一定距離離れた三角形を形成する３点の座標をそれぞれの面について求める段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元形状測定方法である。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように構成された本発明は、次のような効果を奏する。
請求項１から請求項４に記載の発明によれば、ワークの角部の稜線上の始点座標、終点座標、基準点の測定間隔を入力することで、プローブの動きを制御できるようにしたので、測定をするためのプローブの移動軌跡を予め設定する必要がなくなり、測定に関する工数が著しく削減できる。
【００１５】
また、それぞれの面の法線ベクトルと稜線方向のベクトルを求め、プローブがワークに干渉しないで動けるようにし、また、基準点も正確にサーチできるようにしているので、始点座標から終点座標まで、指定された測定間隔で測定点の座標の自動測定が可能となる。
【００１６】
また、この自動測定は、始点座標、終点座標、測定間隔などといった必要最小限のデータを与えるだけで実現可能であり、プローブを動かすプログラムも基本的なもので十分であるので、測定前のデータ入力作業やプログラム作成作業の工数を著しく削減することができるようになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明の３次元形状測定方法を実施する装置の概略構成図である。
【００１８】
プローブ１０は、ワークの表面に接触させて、各部の座標を入力するために用いられる。このプローブ１０は、プローブ駆動部１５によって動かされる。また、プローブの接触位置の座標は、座標測定部２０によって測定される。測定動作制御部３０は、内蔵されている記憶装置に記憶されている各種のデータやプログラムにしたがってプローブ駆動部１５の動作を制御したり、座標測定部２０によって測定された座標を記憶したりする。また、測定された全ての基準点の座標からワークの角部の形状を算出する機能をも有している。
【００１９】
次に、図２及び図３のフローチャートに基づいて本発明の３次元形状測定方法を説明する。なお、説明に際しては、理解を容易にするために、図４から図６を適宜参照しながら説明する。
【００２０】
まず、測定をする前に入力変数を設定する。この入力変数としては、具体的に次のようなものを入力することになる。
▲１▼ 測定開始点である始点座標
▲２▼ 測定終了点である終点座標
▲３▼ 始点座標でのＡ面の法線ベクトルＤＩＲＡ
▲４▼ 始点座標でのＢ面の法線ベクトルＤＩＲＣ
▲５▼ 始点におけるＡ面の三点座標（正確なＤＩＲＡを求めるため）
▲６▼ 始点におけるＢ面の三点座標（正確なＤＩＲＣを求めるため）
▲７▼ ＤＩＲＢを求めるための基準点からの前後の距離ＤＳＴ
▲８▼ プローブの走査角度
▲９▼ 測定間隔（ＳＴＥＰ）、ＤＩＲＣ方向の逃げ距離ＨＥＩＴ、基準点のサーチ間隔（ＤＳＴ）
以上のデータは、測定対象であるワークのＣＡＤデータから作成する。つまり、作業者がＣＡＤを操作しながら、概略の値をキーボード等の入力装置を介して入力するのである（Ｓ１）。
【００２１】
この入力が終わると、測定動作制御部３０はプローブ駆動部１５を動作させ、プローブ１０を始点座標の近くまで移動させる。そして、この始点位置の近辺に基準点があるかどうかのサーチをすることになる。
この基準点のサーチは概略図５及び図６の注意書き１に示すようにして行われる。
【００２２】
プローブ１０は、図に示すように斜め方向に移動しながら一定間隔（ＤＳＴ）をおいて基準点をサーチする。この斜め方向の移動角度は、Ｂ面の法線方向のベクトルＤＩＲＣとプローブ１０の移動方向とで形成される角度θが９０度よりも大きくなるような角度とされる。なお、この演算に用いられるＢ面の法線方向のベクトルＤＩＲＣは、Ｓ１のステップで入力された値が用いられる。
【００２３】
プローブ１０をこのような角度で移動させるのは、確実にＡ面とＢ面の稜線上にある基準点をみつけることができるようにするためである。もし、この角度θがたとえば４０度というような角度であったとすると、Ａ面とＢ面の曲がりの角度が小さいほど基準点をみつけることが難しくなるからである（Ｓ２）。
【００２４】
以上のようにサーチをして基準点がみつかれば、Ｓ１のステップで予め入力している始点におけるＡ面の三点座標（図４のＡ１〜Ａ３）と始点におけるＢ面の三点座標（図４のＢ１〜Ｂ３）にしたがってプローブを移動させ、Ａ面の法線ベクトルＤＩＲＡ、Ｂ面の法線ベクトルＤＩＲＣを算出する。なお、プローブ１０の動きは、図６の注意書き２，３に示すようになる（Ｓ３〜Ｓ５）。一方、基準点がみつからなければ、これ以上の処理をすることができないので、処理を終了する。
【００２５】
つぎに、この基準点を中心として、この基準点が含まれるＢ面の前記角部の稜線に沿って前後方向に位置する２点の座標（ＤＩＲＢを求めるための基準点からの前後の距離ＤＳＴにしたがって算出された点、たとえば図４のＢ４、Ｂ５）を測定する。この２点の座標がみつかれば、この２点の座標を記憶させる。なお、これらの点がみつからなければ、これ以上の処理をすることができないので、処理を終了する（Ｓ６〜Ｓ８）。
【００２６】
次に、記憶した両端点Ｂ４、Ｂ５の座標からＢ面における稜線の方向ベクトルＤＩＲＢを算出する（Ｓ９）。以上までの処理で、Ａ面の法線方向ベクトルＤＩＲＡ、Ｂ面の法線方向ベクトルＤＩＲＣ、稜線の方向ベクトルＤＩＲＢが求められたので、今度は、プローブ１０をＡ面に垂直に下ろしてＡ面の正確な位置を測定する。なお、具体的なプローブ１０の動きは、図６の注意書き４に示すようになる（Ｓ１０）。
【００２７】
そして、プローブを移動させてＢ面の一点Ｂ１の座標を再度測定し（Ｓ１１）、Ｂ面の法線方向と直角に稜線方向にＡ面に位置されるまで移動させる。つまり、点Ｂ１をＢ面上に沿ってＡ面まで移動させるのである。この処理によってＡ面とＢ面の交点である稜線上の座標が算出される。なお、具体的なプローブ１０の動きは、図６の注意書き５に示すようになる（Ｓ１２）。
【００２８】
以上の処理で基準点の実座標（測定点）が算出される。次に、プローブ１０を前記ベクトルＤＩＲＢ方向に測定間隔だけ移動させて新たな基準点をサーチする。プローブ１０の位置が前記終点座標に至るまで、ステップＳ２からステップＳ１２までの処理を繰り返す。その際のプローブ１０の動きは次のようになる。
【００２９】
基準点の実座標が算出されると、プローブ１０を図４のＤＩＲＣ方向に動かす。すなわち、プローブ１０をＢ面から所定距離（ＤＩＲＣ方向の逃げ距離ＨＥＩＴ量）遠ざける方向に動かす（Ｓ１５）。次に、プローブ１０をＤＩＲＢ方向に測定間隔（ＳＴＥＰ）だけ移動し（Ｓ１６）、ＤＩＲＣと反対の方向に移動させてＢ面に突き当たるかどうかを判断する（Ｓ１７）。
【００３０】
このようなプローブ１０の移動ができなければ、プローブ１０のＤＩＲＢ方向の移動を測定間隔の半分にして移動させてみる。これでも移動できなければ、さらにこの半分だけ移動させるという操作を行う。このような操作をしてＢ面につき当てることができれば、その点を基準点として登録する。そして、次の基準点に対して稜線上の座標を算出する（Ｓ１８，Ｓ１９）。一方、基準点と終点との距離が測定間隔（ＳＴＥＰ）以下となったら、その終点を基準点として最後の測定をする。なお、Ｓ１５からＳ１９のステップにおけるプローブ１０の動きは、図６に示す通りである。なお、具体的なプローブ１０の動きは、図６の注意書き６に示すようになる（Ｓ１３、Ｓ１４）。このようにして、始点から終点までの間で測定した各基準点の座標に基づいて、測定動作制御部はＡ面とＢ面の交点である稜線を演算する。
【００３１】
本発明では、予め最小限の変数を設定しておき、決められた動きにしたがってプローブを動かすようにしているので、従来のように、プローブを動かすための全ての座標を予めＣＡＤ上で求めるなどの必要がなくなり、プローブの通過点を入力する作業を著しく少なくすることができるができる。また、プローブを動かすためのプログラムも従来のプログラムに比較して単純化することができるので、プログラムの作成に多くの時間が必要ではなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法を実施する装置の概略構成図である。
【図２】本発明方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】本発明方法の手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明方法の説明図である。
【図５】本発明方法の説明図である。
【図６】本発明方法の説明図である。
【図７】従来の３次元測定方法を示す図である。
【符号の説明】
１０…プローブ、
１５…プローブ駆動部、
２０…座標測定部、
３０…測定動作制御部。

Claims

ワークの角部の稜線上の始点座標、終点座標、基準点の測定間隔を入力する第１段階と、
プローブを始点座標の近くまで移動させて、当該角部の始点座標の近辺に基準点があるかどうかをサーチする第２段階と、
基準点がない場合、処理を終了する第３段階と、
基準点がある場合、当該基準点を共有する第１の面の法線ベクトルＤＩＲＡ及び第２の面の法線ベクトルＤＩＲＣを求める第４段階と、
前記第２の面に位置する一点の座標を測定する第５段階と、
当該測定した第２の面の面上に位置する一点から当該第２の面の法線ベクトルＤＩＲＣに対して直角方向に前記第１の面に向けてプローブを移動させ、当該第１の面との交点を基準点の実座標として登録する第６段階と、
前記プローブをＤＩＲＣ方向に一定量移動させ、前記基準点の稜線方向のベクトルＤＩＲＢ方向に前記測定間隔だけ移動させ、−ＤＩＲＣ方向に移動させる第７段階と、
直前に実座標として登録された基準点から前記ベクトルＤＩＲＢ方向に前記測定間隔だけ移動した新たな基準点があるかどうかをサーチする第８段階と、を有し、
前記プローブの位置が前記終点座標に至るまでは、前記ベクトルＤＩＲＢ方向に前記測定間隔だけ移動した新たな基準点がある場合、前記第４乃至第８段階を繰り返す一方、前記ベクトルＤＩＲＢ方向に前記測定間隔だけ移動した新たな基準点がない場合、処理を終了し、
前記プローブの位置が前記終点座標に至った場合には、前記始点座標近辺で測定された基準点、および前記第４乃至第８段階を繰り返す過程で前記新たな基準点として順次に測定された基準点の実座標を通る曲線を算出して前記角部の形状を求めることを特徴とする３次元形状測定方法。
前記第４段階〜第７段階のうちのいずれかの段階と段階の間に、
前記基準点を基準として、当該基準点が含まれる前記第２の面の前記角部の稜線に沿って前後方向に位置する２点の座標を測定する段階と、
当該２点の座標から、前記基準点の稜線方向のベクトルＤＩＲＢを求める段階と、を有することを特徴とする請求項１に記載の３次元形状測定方法。
前記第１段階では、
ワークのＣＡＤデータから作成される前記第２の面の始点座標における法線ベクトルＤＩＲＣがさらに入力され、
前記第２段階で行われる前記基準点のサーチは、当該法線ベクトルＤＩＲＣとプローブの移動方向とで形成される角度が９０度よりも大きくなるような移動方向から行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載の３次元形状測定方法。
前記基準点を共有する前記第１の面の法線ベクトルＤＩＲＡ及び前記第２の面の法線ベクトルＤＩＲＣを求める第４段階は、
前記基準点から一定距離離れた三角形を形成する３点の座標をそれぞれの面について求める段階を含むことを特徴とする請求項１に記載の３次元形状測定方法。