JP3765061B2

JP3765061B2 - Offline teaching system for multi-dimensional coordinate measuring machine

Info

Publication number: JP3765061B2
Application number: JP12119295A
Authority: JP
Inventors: 俊一坂田; 豊春佐々木
Original assignee: Kumamoto Technology and Industry Foundation; Nikon Corp
Current assignee: Kumamoto Technology and Industry Foundation; Nikon Corp
Priority date: 1995-05-19
Filing date: 1995-05-19
Publication date: 2006-04-12
Anticipated expiration: 2021-04-12
Also published as: JPH08314997A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、多次元に動作可能な座標測定機によって測定された、多次元形状であるワーク（被測定物）の所要の位置における座標値データを基に、被測定物の位置や寸法や幾何偏差等の形状評価を行い、被測定物が設計通りに正しく出来ているかどうか、検査を行う装置及びその測定情報の教示システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
今日、製造工程における測定や検査の現場においては、製作されたワーク（被測定物）が設計値通りに出来ているかどうかを、様々な測定機器を用いて判定している。
このような製品検査の分野においては、高い精度と汎用性の高さから、工場顕微鏡や万能投影機及び三次元測定機等の、二次元／三次元の座標測定機を用いた測定・検査が広く普及している。
【０００３】
この座標測定機では、接触子による接触式センサもしくは光などを媒体とした非接触式センサなどによって被測定物が直線・円・円筒・平面・円錐・球などの多次元の形状要素毎に空間的な座標値データとしてサンプリングされ、測定機に接続された電子計算機に入力される。電子計算機では、その形状データを該当する多次元形状を表す方程式に代入し、最小自乗法や幾何計算などの数学的方法によって、その形状要素の位置・姿勢・寸法・幾何偏差などの形状パラメータを算出する。こうして得られた形状パラメータを、設計書や図面などに記された数値と比較することで、被測定物が正しく製作されているかどうかを判定する方法を取っている。
【０００４】
また近年、これらの座標測定機の中にビデオカメラを用いて入力された多数階調の画像データから、画像処理の技法によって被測定物の所定の位置における座標値を測定するものが多くなって来ている。従来この種の画像処理による座標測定機では、単純な二値化処理によって座標値を検出するものが主流であったが、最近では技術の進歩により、多数階調の画像データから直接座標測定を行うことが可能となり、より複雑な立体形状でも測定可能となって来たことから、三次元測定機に匹敵する精度と汎用性を持つに至っている。
【０００５】
このような画像処理による座標測定機では、顕微鏡のように常に人が測定位置を確認しながら位置合わせをする必要も無く、自動的にかつ多数の測定点を一度に測定する事が可能である。また、オートフォーカスによる高さ測定も可能な事から、接触式の三次元座標測定機では測定出来ないような小さいワークや柔らかいワークの測定も可能であるため、三次元測定機と同様に座標測定分野の大きな柱と成りつつある。
【０００６】
以上のような座標測定機には、ホストコンピューターと呼ばれる電子計算機が付属しており、測定された座標値から被測定形状の形状パラメータを算出するのみならず、測定した際の測定条件や測定経路と言ったものを記憶しておき、それらを繰り返し呼び出すことで、自動的に測定を繰り返すティーチング・プレイバックの機能も一般的には有している。この機能を用いることにより、測定者は、初回の測定時に測定条件や測定経路と言った測定条件を確認・決定しながら測定を実施し、その時の評価命令や測定条件を適宜記憶させ、次のワークからはこのデータに基づいて繰り返し、自動測定を実行させることで測定作業の効率化を図っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年のＣＡＤや座標測定機用オフライン・ティーチング・システムの普及によって、座標測定機を用いた測定作業のうち、前準備である測定命令のティーチング作業は大幅に効率化された。
ところが、画像処理による座標測定機の場合には、ビデオカメラから画像データを入力し、その画像を数値的に処理する事によって座標値の検出を行うため、三次元座標測定機のようにＣＡＤ図形の任意の部分（測定の対象となる部分）を希望の大きさに拡大／縮小表示するだけでは、確実に測定できるかどうか保証されないと言う問題がある。つまり、画像処理による座標測定機では、ビデオカメラを通して被測定物を見なければ成らないために、ビデオカメラの画面枠サイズと言う「可視（測定可能）領域」に明確な制限が存在する。よって、従来のオフライン・ティーチング・システムのように、いくらＣＲＴの画面上で拡大／縮小表示させたとしても、被測定物の測定したい領域が、ビデオカメラの画面枠の中に納まっているかどうかは判断できないのである。
【０００８】
また、画像処理による座標測定機の普及から、これらの座標測定機にもオフライン・ティーチング・システムがほしいと言う要求が非常に強く成ってきている。しかしながら、画像の処理による座標測定機では、三次元測定機の様に被測定物に対して直接接触して測定するのではなく、ビデオカメラ等によって撮影された画像データから、予め設定されている測定条件に従って、数値処理によって所要の座標値を検出する方法を取っている。特に多数階調画像を扱う場合には、ワーク（被測定物）が無い状態ではビデオ画像を見ることが出来ないために、測定を行える程度に十分な画像が得られるかどうかは事前に判断出来ない欠点があった。特に、照明条件や被測定物のエッジ（稜線）検出方法等、各測定条件の決定が事前には出来ない事から、多階調画像の処理による座標測定機ではオフライン・ティーチングは不可能もしくは非常に限定された部分のみにしか対応できないと言われていた。又、二値化画像を扱うものの中には、オフライン・ティーチング・システムが実現されている物もあるが、これらは測定対象が薄い板状の物等であったり、特に複雑な測定条件を必要としない物や、測定対象が特定されている専用機である為、任意の形状を持つ被測定物に対応可能な画像処理による汎用システムは、未だに存在していないのが現状である。
【０００９】
更に、前述のように座標測定機用オフライン・ティーチング・システムでは、ＣＡＤデータを用いて測定教示を行い、測定機が入力可能な測定命令の作製及び出力までを行う機能しか持たない物がほとんどである。測定座標値から寸法や形状の評価を行うのは、座標測定機に付属しているデータ処理ソフトウェアであり、その評価結果の出力や管理も測定機に付属しているソフトウェアが行っているのが現状である。これは、測定座標値から形状評価を行うには非常に高度な技術が要求されるためであり、測定機に付属している形状評価ソフトを利用した方が、システムの開発期間を短く出来ると言う利点があるためである。
【００１０】
この為に各種のオフライン・ティーチング・システムは、形状座標測定機に付属している寸法や形状評価ソフトが直接入力可能な型式でデータを出力する方法を取っている。しかし、この為に寸法や形状評価ソフトに合わせて各メーカー毎にオフライン・ティーチング・システムを用意しなければ成らない状態である。そして現実には、一つの計測現場内であっても、製造メーカーの異なる同種の測定機が多数導入されているのが一般的である。このため、オフライン・ティーチング・システムを導入する場合にも、測定機と同様にメーカー毎に同様な機能のものを導入する必要が有るため、ユーザーに取っては投資コストが高くなるばかりで無く、これらのシステムや測定機の間では、結果データや測定命令に互換性が無い為、データの管理や整理の自動化もままならないと言う問題が頻発している。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、オフライン・ティーチング機能の中に、ビデオ画面によりＣＡＤデータを用いてシミュレーション表示する機能を付加することとし、シミュレーション表示部を設けることによりこの問題を解決し、近年普及しつつある画像処理による座標測定機をも含めて、被測定物の寸法や形状の測定・評価を行う分野において、前述の問題点を解決するために誠意研究を行った結果開発明された物であり、測定教示から評価された結果の確認及びデータ整理や管理と言う、計測業務の全般に渡って真に効果的な測定装置を提供するものである。
【００１２】
本発明は、多次元形状の被測定物を撮像して画像データに基づき画像処理することで測定・評価する測定機に、オフラインで測定情報を教示するオフライン・ティーチング・システムにおいて、前記被測定物に対応するＣＡＤ図形データを記憶する記憶部から、前記ＣＡＤ図形データを入力するＣＡＤデータ入力部と、前記測定機の撮影倍率を含む測定条件を入力する測定条件入力部と、前記測定機が検出する前記被測定物の領域を示すキャリパーの位置などの諸元を定義するキャリパー定義部と、前記測定条件入力部で入力された前記測定機の撮影倍率に基づいて、前記ＣＡＤデータ入力部で入力された前記ＣＡＤ図形データのうち、前記測定機の可視範囲に相当する前記ＣＡＤ図形データを表示すると共に、前記キャリパー定義部で定義された前記キャリパーを前記ＣＡＤ図形データ上に表示するシミュレーション表示部と、前記測定条件、前記キャリパーの位置を含む前記測定情報を記憶する測定情報記憶部とを備えたことを特徴とするオフライン・ティーチング・システムとするものである。
【００１３】
また、このオフライン・ティーチング・システムにおいて、前記シミュレーション表示部は、表示画面上に、前記測定機の可視範囲を示す画面枠を表示するオフライン・ティーチング・システムとするものである。
さらに、このオフライン・ティーチング・システムにおいて、前記測定情報記憶部に接続され、対象とする前記測定機が入力可能な形式に前記測定情報をデータ変換する測定情報変換部を有するオフライン・ティーチング・システムとすることもある。
【００１４】
即ち、前記多次元形状の座標計測システムにおいて、ＣＡＤデータを用い、設定されるビデオ画像の拡大倍率やキャリパー種別等の、測定に必要となる測定条件に従って、実測時のビデオ画面の状態を画面上に表示するシミュレーション表示部を設けた多次元形状の座標計測のシステムとするものである。
そして、ビデオカメラから入力された階調画像データを元に、所要の位置における座標値を画像処理の技法によって測定し、その座標値から多次元形状である被測定物の寸法や形状等を測定・評価する為に、ＣＡＤデータを用いて測定命令や測定条件及び評価方法等をオフラインで教示する測定情報を教示する方法において、現在設定されているビデオ画像の拡大倍率やキャリパー種別等の、測定に必要となる測定条件に従って、実測時のビデオ画面の状態を、ＣＡＤデータを用いて画面上にシミュレーション表示し、その表示画面に対して測定命令や条件等の測定教示操作を行う、測定情報の教示方法を用いるものである。
【００１５】
【００１６】
更に、座標測定機用オフライン・ティーチング・システムにおいては、ＣＡＤ図形データを用いて、キャリパーの定義及びＣＡＤ上での編集作業を行うことにより、キャリパーの位置決めと図形形状に対応したキャリパー姿勢の設定を自動演算により行うことがある。
【００１７】
【作用】
本発明では従来の単純なオフライン・ティーチング・システムと異なり、ＣＡＤデータを用い、実測時のビデオ画面の状態を画面上に表示するシミュレーション表示部を設ければ、階調画像処理による座標測定機に対する測定条件をティーチングすることができる。
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
そして、ＣＡＤ図形データを用いてキャリパーの定義や編集作業を行うことにより、キャリパーの位置と姿勢とを自動演算により決定するため、表示画面との対話により、測定条件などの入力を極めて容易におこなうことができる。
【００２２】
【実施例】
以下には、本発明による多次元形状の座標計測システムの一実施例を、図表を用いて詳細に説明する。
まず、本システムの特徴は、従来の単純なオフライン・ティーチング・システムとは異なり、システム内にオフライン・ティーチング（測定教示）機能、測定命令出力機能並びに測定機の測定制御機能、寸法及び形状評価機能、測定結果の参照機能、外部装置や他のシステムへの結果出力機能を、一つのシステムとして統合化し、更に各機能を最適に再構成する事で、検査業務の準備段階からデータ整理等の後処理に至る全工程を、効率的かつ合理的に支援するシステムを実現化するものである。
【００２３】
図１には、本発明による多次元形状の座標計測システム125のブロック図を示す。この座標計測システム125では、外部のＣＡＤシステム102によって作製されたＣＡＤデータをＣＡＤデータ入力部105に入力するものである。
このＣＡＤデータ入力部105に入力されるＣＡＤデータは、２次元の図形データであっても良いし、３次元の形状データで合っても良い。機能の面から考えると３次元の形状データの方が、より高度な処理が可能であるため好ましいが、測定を行うと言う点から見れば２次元の図形データでも支障はない。ただ、２次元図形の場合には、座標計測システム125の内部で簡易的に３次元形状に復元する為の作業（操作）が多少必要になるだけである。
【００２４】
尚、この２次元図形を簡易的に３次元の形状データに復元する方法は、既に公知の技術であるため、ここでは詳しく説明をしないが、その一例を簡単に説明すると、まず入力図面を正面図・平面図・矢視図のように、各図面単位毎に図形要素を分割（または分類）する。次に分割された各図面毎に基準となる座標系の座標軸の位置と方向と拡大率を設定する。こうする事によって分割された各図面を、基準座標系の３次元空間上に再配置したことになる。元々図面は３角法等の図法に従って、被測定物の形状を投影して描いているので、図面中の任意の一つの要素もしくは、被測定物で同一形状を表す図形要素を、二つの分割された図面中から指示する事によって、元々の立体（被測定物）形状の基準座標形上に於ける幾何学的な形状や位置及び姿勢を求める事が可能となる。
【００２５】
入力されたＣＡＤデータ（または、簡易的に３次元に復元された図形データ）は、後の処理に適したデータ型式に変換されて本システム内のＣＡＤデータ記憶部106に記憶される。
尚、ＣＡＤデータ記憶部106に記憶されるＣＡＤデータのデータ型式は、処理の方法やアルゴリズムによって様々に変化するため、ここでは特に限定しない。
【００２６】
このＣＡＤデータ記憶部106に記憶されたＣＡＤデータは、測定者の指示に従い、ＣＡＤ図形表示部104によってＣＲＴディスプレイ等の表示装置101に表示される。
三次元座標測定機や万能投影機等では、この画面に表示されたＣＡＤ図形（２次元／３次元のどちらでも可）に対して、直接ティーチング（測定教示）作業を行う事になる。
【００２７】
ところが、画像処理による座標測定機の場合には、ビデオカメラから画像データを入力し、その画像を数値的に処理する事によって座標値の検出を行うため、三次元座標測定機のようにＣＡＤ図形の任意の部分（測定の対象となる部分）を希望の大きさに拡大／縮小表示するだけでは、確実に測定できるかどうか保証されないと言う問題がある。つまり、画像処理による座標測定機では、ビデオカメラを通して被測定物を見なければ成らないために、ビデオカメラの画面枠サイズと言う「可視（測定可能）領域」に明確な制限が存在する。よって、従来のオフライン・ティーチング・システムのように、いくらＣＲＴの画面上で拡大／縮小表示させたとしても、被測定物の測定したい領域が、ビデオカメラの画面枠の中に納まっているかどうかは判断できないのである。
【００２８】
そこで、本実施例ではこのオフライン・ティーチング機能の中にビデオ画面を、ＣＡＤデータを用いてシミュレーション表示する機能を付加することとし、シミュレーション表示部103を設けることによりこの問題を解決した。即ち、最近の画像処理による座標測定機では、撮影倍率を任意に設定もしくは選択できる物もある。従って測定条件入力部107で指示された測定条件（後述）に従って、ＣＡＤ図形上にビデオ画面の画面枠を表示するか、若しくは、図２に示すごとく、画面の別領域にビデオ画面と同じ倍率で可視範囲の図形を表示する部分を枠201として追加し、この枠201の内部に表示されているＣＡＤ図形202に対してティーチング作業を行うことで、前述の問題を解決し正確な測定指示を行えるようにするものである。特に、最近のＧＣ（コンピュータ・グラフィックス）技術を用いれば、照明方法や各種の測定条件に従った陰影表示も可能であり、正確な測定条件の設定が可能になる。
【００２９】
このシミュレーション表示部103における処理は、その時設定されている測定条件（後述）に逐次連動して行う必要があるため、測定条件記憶部108に記憶されている測定条件とＣＡＤデータ記憶部106に記憶されているデータとを用いて、行うものである。
又、測定条件入力部107は、キーボードやマウス等の入力装置によって、測定者が希望する測定条件を入力するものである。
【００３０】
ここで言う測定条件とは、画像もしくは光学式の検出方法を用いる座標測定機に対するものであり、これには座標値の検出方法と照明方法との二つに大別できる。設定条件としては、画像を扱う場合が最も多いため、ここでは画像を扱う場合に付いて説明する。
このシミュレーション表示部103は、図３に示すように、測定位置処理部30及びキャリパー定義部40により構成され、常に測定位置処理部30の後にキャリパー定義部40が稼働する。
【００３１】
測定位置処理部30は、測定位置指示部31、ピック内容解析部32、表示中心決定部33、ビデオ画面枠算出部34、ズーム処理部35で構成する。又、キャリパー定義部40は、キャリパー選択操作部41、キャリパー初期設定部42、キャリパー位置決定部43、キャリパー姿勢決定部44、キャリパー描画部45、キャリパー編集部46、照明条件設定部47、形状変更操作部48で構成する。
【００３２】
そして、この測定位置処理部30は、ＣＡＤ図面上で指示された測定位置と拡大倍率とをもとに、ＣＡＤデータ記憶部106からのデータに基づいてＣＡＤ上でのズーム表示の中心座標とビデオ画面枠寸法とを算出した後、ズーム処理を行ってＣＲＴディスプレイなどの表示装置101に測定対象図形を描画するものである。
即ち、測定位置指示部31において、拡大倍率を指定することにより、図４に示すように、表示装置101に表示されたＣＡＤ図面上での測定位置の指示をＣＲＴディスプレイを利用して行う。
【００３３】
ピック内容解析部32では、前記測定位置指示部31で指示されたＣＡＤデータ及び指示内容の解析を行う。指示内容が図形要素（ＣＡＤ上で表現された幾何要素の最小単位。円、円弧、直線など）であれば、図形要素ＩＤ（ＣＡＤ上で個々の図形要素を特定するもの）とさらにこの図形要素ＩＤによりＣＡＤのデータベースより図形諸元データ（例えば直線であれば、始点及び終点座標など）の抽出を行う。また、ＣＡＤ座標系でのピック位置も抽出する。指示内容が図形要素以外であれば、ピック位置のみを抽出する。
【００３４】
さらに、前記ピック内容解析部32における解析結果が図形要素であれば、抽出された図形諸元データをもとに当該図形の領域を算出し、又、図５に示すように、ビデオ画面として表示される範囲の画面枠201を考慮し、最大許容表示サイズとの比較判別を行う。尚、当該図形の領域が許容表示サイズ以上であれば、最適な拡大倍率を自動的に再設定するものである。
【００３５】
表示中心決定部33は、ＣＡＤ図面のズーム処理中心の決定を行う。基本的には、前記ピック内容解析部32で抽出したＣＡＤ座標系でのピック位置を表示中心とする。
そしてビデオ画面枠算出部34において、前記測定位置指示部31で指定された拡大倍率と画像処理装置のビデオ画面表示範囲をもとに、ＣＡＤ上での表示枠寸法を算出し、枠201の図形データを生成する。
【００３６】
又、ズーム処理部35において、前記表示中心決定部33での中心位置をビデオ画面の中心とし、図５に示したように、前記ビデオ画面枠算出部34での枠201の図形がＣＡＤ画面内に最大限に表示されるようにズーム処理を行い、表示装置101であるＣＲＴディスプレイ上に表示する。更に、ズーム処理部35において、測定対象図形データとビデオ画面に表示する枠201のサイズとを比較することにより、枠201のサイズを超えた無意味な拡大表示を自動的に検出し、最適拡大倍率を再設定することがある。
【００３７】
従って、測定位置処理部30により、測定対象となるＣＡＤ図形データを利用するため、測定位置への正確な位置決め（測定移動命令の生成）が可能であり、ＣＡＤ上でビデオカメラの画面内における可視範囲の正確なシミュレーションができる。
又、キャリパー定義部40は、選択されたキャリパーを測定位置処理部30により注出された図形データをもとに、キャリパーの位置と姿勢とを決定することにより、ＣＡＤ上での対話形式による形状変形操作を可能としている。
【００３８】
そして、検出方法に対する条件では、画像測定機に特有のキャリパーと呼ばれる座標値検出領域の諸元を定義するものである。キャリパーの諸元の代表的な物には、図６に示すように、点キャリパー204・線キャリパー205・矩形キャリパー206等のキャリパー種別、キャリパー内での測定点数、キャリパーの位置と角度、稜線検出時の閾値や検出方法・方向性等が有る。これらの諸元の内、キャリパー種別に付いては、図２に示した様に、基本的には矩形キャリパーの特別な場合として定義できる。
【００３９】
システムの操作上は上記の点・線・矩形などの種別で選択可能としておけば良いが、内部処理では全て矩形キャリパーとして情報を保持することが可能である。座標測定機を製造している各メーカー毎に多少の違いはあるが、基本的には矩形キャリパーでほとんどのキャリパーを表現可能である。例えば、点キャリパーであれば、パラメータとしてＷ＝Ｈ＝０とし、その中での測定点数を１とすれば良い。また、線キャリパーであればパラメータとしてＷ＝０とし、その中の測定点数を１とすれば良い。
【００４０】
このキャリパーの種別の特定は、キャリパー選択操作部41を介して行う。この特定は、キャリパー初期設定部42にキャリパー毎の形状パラメータの初期値を設定して行うものである。更に、キャリパー位置決定部43により、表示中心決定部33で決定された表示位置をキャリパー位置とする。
キャリパー姿勢決定部44において、キャリパー選択操作部41で選択部で選択されたキャリパー種別が図形形状を考慮して設定すべき特性を持つキャリパー（線キャリパーや矩形キャリパーなど）の場合は、前記ピック内容解析部32にて抽出した図形諸元データをもとにキャリパー姿勢の算出を行う。図７に示すように、図形要素が直線の場合は、直線方向と垂直方向を、円や円弧の場合は中心からピック位置に向かう方向をキャリパー姿勢とする。尚、ピック内容が図形要素以外の場合、及び、姿勢変更が不要な点キャリパーなどであれば、姿勢計算は行わない。
【００４１】
そして、キャリパー描画部45により、前記キャリパー初期設定部42で決定された形状パラメータと、前記キャリパー位置決定部において決定した位置と、前記キャリパー姿勢決定部44において決定した姿勢とをもとに、ＣＲＴディスプレイ上にキャリパーを表示する。
更に、キャリパー形状変更操作部48は、ＣＡＤ図面上に設定されたキャリパーの移動とサイズの変更を対話形式で行う。
【００４２】
この移動及び変更は、ＣＡＤ図面上のキャリパーに移動用のマーク208及びサイズ変更用のマーク209として例えば丸印などを描画し（図８参照）、サイズ変更用のマーク209を直接移動させてキャリパーのサイズを、又、移動用のマーク208をマウスなどにより移動させてキャリパーの変更位置を決定する。
移動指示において、前記ピック内容解析部32における解析結果が図形要素であれば、図形諸元データを用いて、移動指示位置からの図形上の最短距離点（例えば直線であれば、移動指示位置から伸ばした直線上の垂線の足）を算出して新キャリパー位置としており、図９に示すように、常に図形要素への正確な位置決めを可能としている。キャリパー姿勢についても、同時に再計算を行う。
【００４３】
又、サイズ変更においても、キャリパー毎の形状特性に応じた変更を可能としている。線キャリパーであれば、キャリパー中心位置に対して両方向への高さ（Ｈ寸法）変更のみが可能であり、矩形キャリパーであれば、これに加えて幅（Ｗ寸法）の変更が可能である。
このように、キャリパー定義部40において、ＣＡＤ図形データを利用するため、キャリパーの正確な位置決めとキャリパー特性対図形形状を考慮した姿勢設定（例えば、線分図形に対して常に垂直な姿勢に線キャリパーを設定すること）が可能である。又、キャリパー定義において、形状変更をＣＡＤ上で対話形式により行うため、測定対象図形とキャリパー形状の直感的把握が容易である。
【００４４】
次は照明方法である。照明方法や方式の詳細は各メーカー毎に異なるが、基本的には透過照明・落射照明・分割照明の３種類に分類できる。従って、照明方法の詳細は違っていても、これらの照明方式とそれぞれの照明器に番号を割当て、そのそれぞれに対して、ＯＮ／ＯＦＦと照明強度の情報を照明条件設定部47で設定記憶させる事で、画像入力（測定）時の照明条件を的確にかつ簡単に定義することができる。
【００４５】
このような、測定条件を測定者の指示に従って逐次変更・記憶する処理は、測定条件記憶部108が専門に行い、その情報に逐次連動してシミュレーション表示部103がＣＡＤ図形の画面表示を行う。
尚、対象測定機が接触式の三次元測定機の場合には、シミュレーション表示部103及びこれらの条件設定は不要になるのは当然である。
【００４６】
次に、測定命令入力部110は、測定者の指示に従って、寸法や形状の評価方法、それに付随する評価のための条件、センサー（接触子や光センサやビデオカメラ等）の移動経路等、測定と評価に関するの情報の指示・変更を行う。ここで入力された測定命令は、一旦測定命令記憶部111に記憶され、測定命令が確定した段階で、前述の測定条件記憶部108に記憶された測定条件と結合され、測定に必要となる全ての情報を含んだ「測定情報」として測定情報作成部112で再構成され、測定情報記憶部115に整理されて記憶される。従って、ここで作成及び記憶された測定情報が、測定を行う為に必要となる全ての情報を含んだものとして、以後の各処理の基準データとなる。
【００４７】
尚、測定命令を教示する方法にも様々な方法や形式があるが、これらは既に公知の技術である為、その方法や方式に関する詳細な説明は省略するが、一例としては画面上に表示された測定・評価命令のテーブルから希望する項目を選択し、次に測定対象となる図形要素を画面から指示する。そして必要な測定点数や位置及び評価方法や測定条件等も指示し、必要な指示が確定したならば、その測定項目に番号もしくは任意の名称を付けて、ＣＡＤ図面上の任意の位置に重ねて表示するか、測定項目の一覧表に表示する等の方法がある。また、既に測定指示された項目間での幾何演算を行う場合には、画面に表示されている項目番号や名称をマウス等で指示する事で簡単に指示する事が可能である。
【００４８】
以上により、オフライン・ティーチング・システムとしての機能を当該座標計測システム125に組み込んだ。しかし、オフライン・ティーチング機能だけでは、計測業務の前準備のみを行ったにす過ぎない。そこで本実施例のシステムでは、測定機の測定制御機能並びに、寸法や形状の評価機能をもシステム内に取り込んだことで、測定作業そのものも実行する事を可能としている。ところが、ここで言う特徴を、測定機の製造メーカーの違いを越えて実現するためには、単に評価機能や制御機能を取り込んだだけでは実現不可能であった。
【００４９】
そこで、本実施例ではこの特徴を実現するために以下の方法を採用考案した。まず、オフライン・ティーチング（測定教示）された測定情報の内容を、三つの種類の分類する事から行うこととする。測定・評価には、実際に測定機を動作させ測定点（測定座標値）を取り込む命令と、取り込んだ測定点から所要の形状（例えば、点・直線・平面・円等）を評価する命令、及び一旦評価された形状データから幾何計算等によって新たな形状として評価する命令に大別できる。
【００５０】
そして従来の座標測定機に付属している測定・評価ソフトでは、これら命令は数十から数百のも種類があり、その個々に対して番号や名称等による識別を行い、測定命令（情報）として定義している。ここでの問題は、この命令の種類や数や機能及び識別方法やティーチング・データの形式等が、測定機の製造メーカーや製品毎によって様々に違うために、たとえオフライン・ティーチング・システムを開発できたとしても、対象とした測定機専用のシステムに成らざるを得ないのが現実である。
【００５１】
従って、本実施例ではこの問題を解決する方法として、先に大別した命令の内実際に測定機を動作させ測定点を取り込む命令と、それ以外の命令に分けて処理を行う方法を開発採用した。即ちその方法は、図１０に示すように、まず作成された測定情報(301)の中から実際に測定作業を行う命令のみを抜き出すこととし(303)、その測定情報に指示されている命令や測定条件を基に、対象とする測定機が入力可能な形式へとデータ変換を行う(305)こととし、このデータ変換は、測定情報記憶部115に記憶された情報に基づき、測定情報変換部118で行っている。
【００５２】
この測定情報変換部118でデータ変換を行ったデータを用いて測定機にリアルタイムで測定機命令出力部112から出力して(306)測定機を駆動するか、若しくは測定機命令出力部112から測定命令データとして転送し(307)、測定された測定座標値のみをバッチシステムで測定座標値入力部120に取り込み(307)、若しくはリアルタイムに本システムの測定座標値入力部120に取り込み(306)、寸法や形状の評価の実行(304)やその後のデータ整理作業は本システム内で全て行う方法とするものである。
【００５３】
これは各メーカーの測定機を調査した結果、ティーチングデータの違いの多くは寸法や形状の評価機能と幾何計算等に依存する物が大半であり、測定動作を行う命令や測定条件にはほとんど違いが無いことが判明した。従って、本システム内に寸法や形状の評価機能等を取り込み、測定機には本来の座標値のみを測定する装置として働かせる事で、あらゆるメーカーの測定機に対応可能な測定システムとすることができたものである。
【００５４】
更には、従来のオフライン・ティーチング・システムでは、あくまでもオフラインでの測定命令の教示作業しか出来なかったが、本実施例ではオフライン・ティーチングに限らず、変換された測定命令を逐次測定機124に送り出し、同様に逐次測定機124から測定座標値を取り込むことで、オンライン測定とオフライン測定を共存させ、ユーザーが自分の状況に合わせて自由に使い分ける事も可能とした。
【００５５】
そして変換されたデータを測定機124に対して渡す方法としては、本システムと測定機に付属しているソフトが同一の計算機で動作するならば、必要な測定命令をまとめてディスク・ファイル等として渡すバッチ方式(307)でよいが、別の計算機で動作する場合にはフロッピー・ディスク等の外部記憶を介してデータを渡す方法もあり、又、リアルタイムに通信によって受け渡しが可能で有るならば、測定命令を一つずつ測定機124に転送し、測定機124を駆動させて測定座標値を一つずつ入力する事によって、リアルタイムな測定機として実施することも可能である。
【００５６】
次には、測定された座標値を入力して本システム内に一時的に記憶し、既に作成されている測定情報に従って、所定の寸法・形状の評価演算を評価部117で実行する(304)こととした。そして、評価部117で評価された結果は評価結果記憶部114に記憶され(302)て、後の結果参照時に使用される。ここでの特徴は、予め作成されている測定情報を用いて直接評価計算を行うため、従来のオフラインティーチング・システムの様に、測定機本体で評価された結果と測定情報との関連付けと言う煩雑な内部計算が不要となることである。
【００５７】
寸法や形状の評価を行い、評価結果記憶部114に記憶された結果は、測定者の指示操作に従って評価結果の表示部113がＣＲＴ画面に表示する。この際、既に作成されている測定情報と結果の関連付けが自ずとできているので、参照したい測定項目の番号や名称を指示するだけで、希望する評価結果を直ちに参照する事が可能である。また、単に番号や名称に限らず、測定教示の際にはＣＡＤ図形に対しても関連付けが行われるので、測定した図形要素をマウス等でピックする事でも、結果の参照が直ちに可能である。
即ち、従来は、測定機から出力された数値（紙出力や画面表示）を、測定個所に関連づけて整理する作業を、全て人間が手作業で行っていた。従って、この作業自体は非常に膨大な時間と労力を要し、場合によっては全測定作業時間の５〜６割にも達する事もあった。この従来の整理に対し、本実施例のごとく、この作業が自動化される意義には非常に大きなものであり、本機能によって関連付けの等の整理作業は一切不要になるため、大幅な作業時間の短縮が可能になった。
【００５８】
次には、測定によって行われた寸法や形状の評価結果を、紙や画面表示以外にも他のソフトや装置等に出力するか、もしくは記憶しておく必要がある。この際には評価結果の表示部で指示された方法に従って、評価結果変換部116が所定のデータ形式に変換する。この変換作業の手順は、出力対象が決まっている場合には、予め専用のソフトウェアとして用意し組み込んでおけば良いが、測定者が自分で変換手順を自由設定できる仕組みを組み込んで、利用範囲を拡大できるようにする方法もある。
【００５９】
評価結果出力部119は変換された結果データを外部記憶装置122（例えば磁気記憶装置や通信装置等）や、他の装置123に出力する処理を行う。例えば、最近の計算機では複数のソフトウェアを同時に起動できるＯＳ（基本ソフト）も普及している。この中にはＯＳ自体がこの機能を有する場合もあるが、その際にも評価結果をそのまま出力するのではなく、データの適度な成形をしてから出力する方がより効率的に作業を進められる事が多い。
【００６０】
以上が本実施例に係る座標計測システム125における一実施例の説明である。尚、本実施例の中では特に説明していないが、入力されたＣＡＤデータや測定情報及び測定座標値や評価結果をシステム外に記憶／呼び出しする機能も有する。これら多次元形状の座標計測システム125は、電子計算機によって構成されることが望ましい。
【００６１】
【発明の効果】
【００６２】
【００６３】
請求項１に記載の本発明は、階調画像を扱う座標測定機に対しても、ＣＡＤデータを用いてティーチング・データを作製し、検査結果データの統合管理を行うこともできる。
そして、従来困難であった階調画像を扱う座標測定機に対しても、ＣＡＤデータを用いてティーチング・データをオフラインで作製することを可能とし、被測定物が無くとも測定の準備作業を事前に実施することを可能した。
【００６４】
更に、被測定物が無くとも、測定位置を容易且つ正確に設定することができる。
また、請求項２に記載の発明は、ＣＡＤデータを用いてシミュレーション表示する機能を付加することとし、画面の別領域にビデオ画面と同じ倍率で可視範囲の図形を表示する部分を枠として追加し、この枠の内部に表示されているＣＡＤ図形に対してティーチング作業を行うため、正確な測定指示を行えるものである。特に、最近のＧＣ（コンピュータ・グラフィックス）技術を用いれば、照明方法や各種の測定条件に従った陰影表示も可能であり、正確な測定条件の設定が可能になる。
さらに、請求項３に記載の発明は、測定情報記憶部に記憶された情報に基づき、測定情報変換部で行っているため、オフライン・ティーチングに限らず、変換された測定命令を逐次測定機に送り出し、同様に逐次測定機から測定座標値を取り込むことで、オンライン測定とオフライン測定を共存させ、ユーザーが自分の状況に合わせて自由に使い分ける事も可能である。
そして、請求項４に記載の発明は、測定箇所の設定が極めて容易に行える。
【００６５】
以上により、測定機へのティーチングを容易とすると共に、大部分を手作業に頼らざるを得ない現状の検査業務を、大幅に自動化・効率化することができるようになり、従来の単純なオフライン・ティーチング・システムでは成し得ない大きな効果を生むものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による座標計測システムの実施例を、機能のブロック図で示したものである。
【図２】本発明による座標計測システムの画像処理による座標測定機における、ビデオ画面シミュレーション表示の例を示す図。
【図３】本発明による座標計測システムのシミュレーション表示部の詳細を示すブロック図。
【図４】本発明による座標計測システムにおけるＣＡＤ図形の表示例を示す図。
【図５】本発明による座標計測システムにおける枠を付加したときのＣＡＤ図形の表示例を示す図。
【図６】本発明による座標計測システムにおけるキャリパーの種類を示す図。
【図７】本発明による座標計測システムにおけるキャリパーの表示例を示す図。
【図８】本発明による座標計測システムにおけるキャリパーの変更操作を示す図。
【図９】本発明による座標計測システムにおけるキャリパーの変更操作を示す図。
【図１０】本発明による座標計測システムの測定情報からあらゆる座標測定機に接続可能とするための方法における、機能のブロック図を示す。
【符号の説明】
３０測定位置処理部
３１測定位置指示部３２ピック内容解析部
３３表示中心決定部３４ビデオ画面枠算出部
３５ズーム処理部
４０キャリパー定義部
４１キャリパー選択操作部４２キャリパー初期設定部
４３キャリパー位置決定部４４キャリパー姿勢決定部
４５キャリパー描画部４６キャリパー編集部
４７照明条件設定部４８形状変更操作部
１０１表示装置１０２ＣＡＤシステム
１０３シミュレーション表示部１０４ＣＡＤ図形表示部
１０５ＣＡＤデータ入力部１０６ＣＡＤデータ記憶部
１０７測定条件入力部１０８測定条件記憶部
１０９測定命令記憶部１１０測定命令入力部
１１１測定命令記憶部１１２測定情報作成部
１１３評価結果表示部１１４評価結果記憶部
１１５測定情報記憶部１１６評価結果変換部
１１７評価部１１８測定情報変換部
１１９評価結果出力部１２０測定座標値入力部
１２１測定機命令出力部１２２外部記憶装置
１２３他の装置１２４測定機
１２５座標計測システム
２０１枠２０２図形
２０４点キャリパー２０５線キャリパー
２０６矩形キャリパー[0001]
[Industrial application fields]
  The present invention is based on coordinate value data at a required position of a workpiece (measuring object) having a multidimensional shape, measured by a coordinate measuring machine operable in multidimensions. Evaluate the shape of deviations, etc., and inspect whether the object to be measured is correct as designed, the equipment to inspect and the measurement informationsystemIt is about.
[0002]
[Prior art]
  Today, in the field of measurement and inspection in the manufacturing process, it is determined by using various measuring devices whether or not the manufactured work (object to be measured) is made as designed.
  In the field of product inspection, measurement and inspection using two-dimensional / three-dimensional coordinate measuring machines such as factory microscopes, universal projectors, and three-dimensional measuring machines are performed because of high accuracy and versatility. Widely used.
[0003]
  In this coordinate measuring machine, the object to be measured is separated into multidimensional shape elements such as straight lines, circles, cylinders, planes, cones, and spheres by contact sensors using contacts or non-contact sensors using light as a medium. Is sampled as typical coordinate value data and input to an electronic computer connected to the measuring machine. In an electronic computer, the shape data is substituted into an equation representing the corresponding multidimensional shape, and the shape parameters such as position, orientation, dimensions, and geometric deviation of the shape element are calculated by a mathematical method such as least squares or geometric calculation. calculate. The shape parameter obtained in this way is compared with a numerical value written in a design document, a drawing, or the like to determine whether or not the object to be measured is correctly manufactured.
[0004]
  In recent years, many of these coordinate measuring machines measure the coordinate value at a predetermined position of an object to be measured by image processing techniques from multi-gradation image data input using a video camera. It is coming. Conventionally, coordinate measuring machines using this type of image processing have been mainly used to detect coordinate values by a simple binarization process, but recently, due to technological advances, direct coordinate measurement from multi-tone image data is possible. Since it has become possible to measure even more complicated three-dimensional shapes, it has accuracy and versatility comparable to a three-dimensional measuring machine.
[0005]
  With such a coordinate measuring machine based on image processing, it is not necessary for the person to always perform positioning while checking the measurement position like a microscope, and it is possible to measure a large number of measurement points automatically and at once. . In addition, since it is possible to measure the height by autofocus, it is possible to measure small and soft workpieces that cannot be measured with a contact-type coordinate measuring machine. It is becoming a major pillar of the field.
[0006]
  The coordinate measuring machine as described above is attached with an electronic computer called a host computer, which not only calculates the shape parameters of the shape to be measured from the measured coordinate values, but also the measurement conditions and measurement path at the time of measurement. In general, it has a teaching / playback function that automatically repeats the measurement by repeatedly recalling the above. By using this function, the measurer performs the measurement while confirming and determining the measurement conditions such as the measurement conditions and measurement path at the time of the first measurement, and stores the evaluation command and measurement conditions at that time as appropriate. The work is repeated based on this data, and automatic measurement is performed to improve the efficiency of the measurement work.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
  With the spread of offline teaching systems for CAD and coordinate measuring machines in recent years, the teaching work of measurement instructions, which is a preparation, among the measuring work using coordinate measuring machines has been greatly improved.
  However, in the case of a coordinate measuring machine by image processing, image data is input from a video camera and the coordinate value is detected by numerically processing the image. Therefore, a CAD figure is used like a three-dimensional coordinate measuring machine. There is a problem in that it is not guaranteed whether measurement can be performed reliably only by enlarging / reducing an arbitrary part (part to be measured) to a desired size. In other words, since a coordinate measuring machine using image processing must see the object to be measured through the video camera, there is a clear limitation on the “visible (measurable) region” called the screen frame size of the video camera. Therefore, no matter how much you zoom in / out on the CRT screen as in the conventional off-line teaching system, whether or not the area you want to measure is within the screen frame of the video camera. It cannot be judged.
[0008]
  In addition, with the spread of coordinate measuring machines by image processing, there is a strong demand for an offline teaching system for these coordinate measuring machines. However, a coordinate measuring machine based on image processing is set in advance from image data taken by a video camera or the like, instead of directly contacting and measuring the object to be measured like a three-dimensional measuring machine. A method of detecting a required coordinate value by numerical processing according to measurement conditions is employed. Especially when dealing with multi-gradation images, video images cannot be viewed without a work (object to be measured), so it is possible to determine in advance whether or not enough images can be obtained. There were no drawbacks. In particular, since it is impossible to determine each measurement condition in advance, such as the illumination conditions and the edge (ridgeline) detection method of the object to be measured, offline teaching is not possible or extremely possible with a coordinate measuring machine using multi-tone image processing. It was said that it could only deal with parts that were limited to. Some of those that handle binarized images have an off-line teaching system, but these are thin plate-like objects or require particularly complex measurement conditions. In general, there is no general-purpose system based on image processing that can handle a measured object having an arbitrary shape because it is a special-purpose machine in which a measurement object is not specified.
[0009]
  Furthermore, as described above, most of the offline teaching systems for coordinate measuring machines have the function of teaching measurement using CAD data and creating and outputting measurement commands that can be input by the measuring machine. is there. It is the data processing software that comes with the coordinate measuring machine that evaluates dimensions and shapes from the measured coordinate values, and the software that comes with the measuring machine also outputs and manages the evaluation results. Currently. This is because a very advanced technology is required to perform shape evaluation from the measured coordinate values. If the shape evaluation software attached to the measuring machine is used, the system development period can be shortened. Because there is an advantage to say.
[0010]
  For this reason, various off-line teaching systems take a method of outputting data in a format that can be directly input by the dimension and shape evaluation software attached to the shape coordinate measuring machine. However, for this purpose, an offline teaching system must be prepared for each manufacturer according to the size and shape evaluation software. In reality, many measuring machines of the same type from different manufacturers are generally introduced even within a single measurement site. For this reason, even when introducing an offline teaching system, it is necessary to introduce the same function for each manufacturer as with the measuring machine, which not only increases the investment cost for the user, Among these systems and measuring machines, there is a frequent problem that the management of data and the automation of data organization do not remain because the result data and measurement instructions are not compatible.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  The present inventionIn order to solve this problem by providing a simulation display unit with the function to display simulation using CAD data on the video screen in the offline teaching function,It was invented as a result of sincerity research to solve the above-mentioned problems in the field of measuring and evaluating the dimensions and shape of the object to be measured, including coordinate measuring machines based on image processing that have become popular in recent years. The present invention provides a measurement device that is truly effective over the whole of the measurement work, such as confirmation of results evaluated from measurement teachings, data organization and management.
[0012]
  The present inventionIn an offline teaching system that teaches measurement information off-line to a measuring machine that measures and evaluates by imaging a multi-dimensional object to be measured and processing the image based on the image data, a CAD corresponding to the object to be measured A CAD data input unit that inputs the CAD graphic data from a storage unit that stores graphic data, a measurement condition input unit that inputs measurement conditions including the imaging magnification of the measuring device, and the measurement object that the measuring device detects A caliper definition unit that defines specifications such as a position of a caliper indicating an object area, and the CAD data input by the CAD data input unit based on the photographing magnification of the measuring machine input by the measurement condition input unit. Among the graphic data, the CAD graphic data corresponding to the visible range of the measuring instrument is displayed, and the caliper definition unit defines the CAD data. And simulation display unit displaying Yaripa on the CAD graphic data, the measurement conditions, offline teaching, characterized in that a measurement information storage unit that stores the measurement information including the position of the caliperIt is a system.
[0013]
  In addition, in this offline teaching system, the simulation display The unit is an off-line teaching system that displays a screen frame indicating the visible range of the measuring instrument on the display screen.
Further, in the offline teaching system, the offline teaching system includes a measurement information conversion unit that is connected to the measurement information storage unit and converts the measurement information into a format that can be input by the target measuring device.It may be a system.
[0014]
  That is,In the coordinate measurement system of the multidimensional shape, the video screen state at the time of actual measurement is displayed on the screen according to the measurement conditions necessary for the measurement, such as the enlargement magnification of the video image to be set and the caliper type, using CAD data. A multidimensional coordinate measurement system with a simulation displayWith thingsis there.
  Then, based on the gradation image data input from the video camera, the coordinate value at the required position is measured by image processing technique, and the dimensions and shape of the object to be measured that are multidimensional shapes are measured from the coordinate value.・ In the method of teaching measurement information that teaches measurement commands, measurement conditions, evaluation methods, etc. offline using CAD data for evaluation, measurement such as the magnification rate and caliper type of the currently set video image According to the measurement conditions required for the measurement information, the state of the video screen at the time of actual measurement is displayed on the screen by simulation using CAD data, and measurement instruction operations such as measurement commands and conditions are performed on the display screen. The teaching method is used.
[0015]
[0016]
  Furthermore,Offline teaching system for coordinate measuring machinesIn CAD, the caliper positioning and the setting of the caliper posture corresponding to the graphic shape may be performed by automatic calculation by performing the caliper definition and the editing operation on the CAD using the CAD graphic data.
[0017]
[Operation]
  In the present invention, unlike the conventional simple offline teaching system,If a simulation display unit that uses CAD data to display the state of the video screen at the time of actual measurement is provided on the screen, it is possible to teach measurement conditions for a coordinate measuring machine by gradation image processing.
[0018]
[0019]
[0020]
[0021]
  Then, by performing caliper definition and editing work using CAD graphic data, the position and orientation of the caliper are determined by automatic calculation.ForThe measurement conditions can be entered very easily through interaction with the display screen.
[0022]
【Example】
  Below, one Example of the coordinate measuring system of the multidimensional shape by this invention is described in detail using a figure.
  First, the features of this system are different from the conventional simple offline teaching system, and the offline teaching (measurement teaching) function, the measurement command output function, the measurement control function of the measuring machine, the dimension and shape evaluation function in the system , The result reference function of measurement results, the result output function to external devices and other systems are integrated as a single system, and each function is optimally reconfigured. A system that efficiently and rationally supports all processes leading to processing is realized.
[0023]
  FIG. 1 shows a block diagram of a multidimensional coordinate measuring system 125 according to the present invention. In this coordinate measurement system 125, CAD data created by the external CAD system 102 is input to the CAD data input unit 105.
  The CAD data input to the CAD data input unit 105 may be two-dimensional graphic data or three-dimensional shape data. From the viewpoint of function, the three-dimensional shape data is preferable because more advanced processing is possible. However, in terms of performing measurement, there is no problem even with two-dimensional graphic data. However, in the case of a two-dimensional figure, only a little work (operation) is required to restore the three-dimensional shape easily inside the coordinate measurement system 125.
[0024]
  The method of simply restoring the two-dimensional figure into the three-dimensional shape data is a well-known technique, and will not be described in detail here. Divide (or classify) the graphic elements for each drawing unit as shown in the figure, plan view, and arrow view. Next, for each of the divided drawings, the position and direction of the coordinate axes of the reference coordinate system and the enlargement ratio are set. In this way, each drawing divided is rearranged in the three-dimensional space of the reference coordinate system. Originally, the drawing is drawn by projecting the shape of the object to be measured according to a method such as the triangle method, so that any one element in the drawing or a graphic element that represents the same shape in the object to be measured is divided into two parts. By instructing from the drawings, it is possible to obtain the geometric shape, position and orientation on the reference coordinate form of the original three-dimensional (object to be measured) shape.
[0025]
  The input CAD data (or graphic data that is simply restored to three dimensions) is converted into a data format suitable for later processing and stored in the CAD data storage unit 106 in this system.
  Note that the data type of CAD data stored in the CAD data storage unit 106 varies depending on the processing method and algorithm, and is not particularly limited here.
[0026]
  The CAD data stored in the CAD data storage unit 106 is displayed on a display device 101 such as a CRT display by the CAD graphic display unit 104 in accordance with an instruction from the measurer.
  In a three-dimensional coordinate measuring machine, a universal projector, or the like, teaching (measurement teaching) is directly performed on a CAD figure (either 2D / 3D) displayed on this screen.
[0027]
  However, in the case of a coordinate measuring machine by image processing, image data is input from a video camera and the coordinate value is detected by numerically processing the image. Therefore, a CAD figure is used like a three-dimensional coordinate measuring machine. There is a problem in that it is not guaranteed whether measurement can be performed reliably only by enlarging / reducing an arbitrary part (part to be measured) to a desired size. In other words, since a coordinate measuring machine using image processing must see the object to be measured through the video camera, there is a clear limitation on the “visible (measurable) region” called the screen frame size of the video camera. Therefore, no matter how much you zoom in / out on the CRT screen as in the conventional off-line teaching system, whether or not the area you want to measure is within the screen frame of the video camera. It cannot be judged.
[0028]
  Therefore, in this embodiment, a function for displaying a video screen by simulation using CAD data is added to the off-line teaching function, and this problem is solved by providing a simulation display unit 103. In other words, some coordinate measuring machines based on recent image processing can arbitrarily set or select the photographing magnification. Therefore, the screen frame of the video screen is displayed on the CAD figure in accordance with the measurement conditions (described later) instructed by the measurement condition input unit 107, or as shown in FIG. By adding a part for displaying a figure in the visible range as a frame 201 and teaching the CAD figure 202 displayed in the frame 201, the above-mentioned problems can be solved and an accurate measurement instruction can be performed. It is what you want to do. In particular, if the recent GC (computer graphics) technology is used, it is possible to display shadows according to the illumination method and various measurement conditions, and it is possible to set the measurement conditions accurately.
[0029]
  Since the processing in the simulation display unit 103 needs to be sequentially performed in conjunction with the measurement conditions (described later) set at that time, the measurement conditions stored in the measurement condition storage unit 108 and the CAD data storage unit 106 are stored. This is done using the data that has been recorded.
  The measurement condition input unit 107 is used to input measurement conditions desired by the measurer using an input device such as a keyboard or a mouse.
[0030]
  The measurement conditions referred to here are for a coordinate measuring machine using an image or optical detection method, and can be roughly divided into a coordinate value detection method and an illumination method. As setting conditions, the case where an image is handled is the most common, so the case where an image is handled will be described here.
  As shown in FIG. 3, the simulation display unit 103 includes a measurement position processing unit 30 and a caliper definition unit 40. The caliper definition unit 40 always operates after the measurement position processing unit 30.
[0031]
  The measurement position processing unit 30 includes a measurement position instruction unit 31, a pick content analysis unit 32, a display center determination unit 33, a video screen frame calculation unit 34, and a zoom processing unit 35. The caliper definition unit 40 includes a caliper selection operation unit 41, a caliper initial setting unit 42, a caliper position determination unit 43, a caliper attitude determination unit 44, a caliper drawing unit 45, a caliper editing unit 46, an illumination condition setting unit 47, and a shape change. The operation unit 48 is used.
[0032]
  Then, the measurement position processing unit 30 is based on the measurement position designated on the CAD drawing and the magnification, and based on the data from the CAD data storage unit 106, the center coordinates of the zoom display on the CAD and the video. After calculating the screen frame dimensions, zoom processing is performed to draw a figure to be measured on the display device 101 such as a CRT display.
  That is, the measurement position instruction unit 31 designates the enlargement magnification, thereby instructing the measurement position on the CAD drawing displayed on the display device 101 using the CRT display as shown in FIG.
[0033]
  The pick content analysis unit 32 analyzes the CAD data and the instruction content specified by the measurement position instruction unit 31. If the instruction content is a graphic element (minimum unit of geometric elements expressed on CAD, such as a circle, arc, straight line, etc.), the graphic element ID (which identifies each graphic element on CAD) and this graphic element Based on the ID, figure specification data (for example, start point and end point coordinates in the case of a straight line) is extracted from a CAD database. Also, the pick position in the CAD coordinate system is extracted. If the instruction content is other than a graphic element, only the pick position is extracted.
[0034]
  Further, if the analysis result in the pick content analysis unit 32 is a graphic element, the area of the graphic is calculated based on the extracted graphic data and displayed as a video screen as shown in FIG. In consideration of the screen frame 201 in the range to be displayed, a comparison with the maximum allowable display size is performed. If the area of the graphic is larger than the allowable display size, the optimum enlargement ratio is automatically reset.
[0035]
  The display center determination unit 33 determines the zoom processing center of the CAD drawing. Basically, the pick position in the CAD coordinate system extracted by the pick content analysis unit 32 is set as the display center.
  Then, the video screen frame calculation unit 34 calculates the display frame size on the CAD based on the magnification specified by the measurement position instruction unit 31 and the video screen display range of the image processing apparatus, and the figure of the frame 201 Generate data.
[0036]
  Further, in the zoom processing unit 35, the center position in the display center determining unit 33 is set as the center of the video screen, and as shown in FIG. 5, the figure of the frame 201 in the video screen frame calculating unit 34 is in the CAD screen. Zoom processing is performed so that the image is displayed as much as possible on the CRT display. Further, the zoom processing unit 35 automatically detects a meaningless enlarged display exceeding the size of the frame 201 by comparing the graphic data to be measured with the size of the frame 201 displayed on the video screen, and optimally enlarges it. The magnification may be reset.
[0037]
  Accordingly, since the CAD graphic data to be measured is used by the measurement position processing unit 30, accurate positioning to the measurement position (generation of a measurement movement command) is possible, and it is visible on the video camera screen on the CAD. Accurate range simulation is possible.
  Further, the caliper definition unit 40 determines the caliper position and posture based on the graphic data extracted by the measurement position processing unit 30 for the selected caliper, thereby forming a shape in an interactive form on the CAD. Deformation operation is possible.
[0038]
  The conditions for the detection method define the specifications of a coordinate value detection area called a caliper unique to the image measuring machine. Typical caliper specifications include caliper types such as point caliper 204, line caliper 205, and rectangular caliper 206, the number of measurement points in the caliper, caliper position and angle, and edge detection as shown in FIG. There are time threshold, detection method, directionality, etc. Of these specifications, the caliper type can be defined as a special case of a rectangular caliper, as shown in FIG.
[0039]
  In the operation of the system, it may be possible to select the type of the above point, line, or rectangle, but in the internal processing, it is possible to hold information as a rectangular caliper. Although there are some differences for each manufacturer that manufactures coordinate measuring machines, basically most of the calipers can be expressed with rectangular calipers. For example, in the case of a point caliper, W = H = 0 may be set as a parameter, and the number of measurement points in the parameter may be set to 1. In the case of a line caliper, W = 0 may be set as a parameter, and the number of measurement points in the parameter may be set to 1.
[0040]
  The caliper type is specified through the caliper selection operation unit 41. This specification is performed by setting the initial value of the shape parameter for each caliper in the caliper initial setting unit 42. Further, the display position determined by the display center determination unit 33 by the caliper position determination unit 43 is set as the caliper position.
  In the caliper attitude determination unit 44, when the caliper type selected by the selection unit in the caliper selection operation unit 41 is a caliper (line caliper, rectangular caliper, etc.) having characteristics to be set in consideration of the figure shape, the contents of the pick The caliper posture is calculated based on the graphic data extracted by the analysis unit 32. As shown in FIG. 7, when the graphic element is a straight line, the caliper posture is a straight direction and a vertical direction, and when it is a circle or an arc, the direction from the center toward the pick position is the caliper posture. Note that posture calculation is not performed if the pick content is other than a graphic element, or if it is a point caliper that does not require posture change.
[0041]
  Based on the shape parameter determined by the caliper initial setting unit 42 by the caliper drawing unit 45, the position determined by the caliper position determination unit, and the posture determined by the caliper posture determination unit 44, the CRT Show calipers on the display.
  Further, the caliper shape changing operation unit 48 moves the caliper set on the CAD drawing and changes the size in an interactive manner.
[0042]
  For this movement and change, for example, a circle or the like is drawn as a movement mark 208 and a size change mark 209 on the caliper on the CAD drawing (see FIG. 8), and the size change mark 209 is directly moved to move the caliper. The moving mark 208 is moved with a mouse or the like to determine the caliper change position.
  In the movement instruction, if the analysis result in the pick content analysis unit 32 is a graphic element, the shortest distance point on the graphic from the movement instruction position (for example, if it is a straight line, from the movement instruction position) using the graphic data. A vertical caliper on an extended straight line) is calculated and set as a new caliper position, and accurate positioning to a graphic element is always possible as shown in FIG. The caliper posture is also recalculated at the same time.
[0043]
  Also, the size can be changed according to the shape characteristics of each caliper. If it is a line caliper, only the height (H dimension) can be changed in both directions with respect to the caliper center position, and if it is a rectangular caliper, the width (W dimension) can be changed in addition to this.
  In this way, since the caliper definition unit 40 uses CAD graphic data, the caliper is positioned accurately and the posture setting in consideration of the caliper characteristics versus the graphic shape (for example, the line caliper is always perpendicular to the line graphic). Can be set). In addition, in the caliper definition, since the shape change is performed interactively on the CAD, it is easy to intuitively grasp the figure to be measured and the caliper shape.
[0044]
  Next is the lighting method. The details of the illumination method and method differ for each manufacturer, but can basically be classified into three types: transmitted illumination, epi-illumination, and divided illumination. Therefore, even if the details of the illumination method are different, numbers are assigned to these illumination methods and respective illuminators, and information on ON / OFF and illumination intensity is set and stored in the illumination condition setting unit 47 for each of them. Thus, it is possible to accurately and easily define the illumination conditions at the time of image input (measurement).
[0045]
  Such processing for sequentially changing and storing the measurement conditions in accordance with the measurer's instruction is performed by the measurement condition storage unit 108, and the simulation display unit 103 displays the CAD graphic on the screen in conjunction with the information.
  Of course, when the target measuring machine is a contact type three-dimensional measuring machine, the simulation display unit 103 and setting of these conditions are not necessary.
[0046]
  Next, the measurement command input unit 110 performs measurement according to an instruction from the measurer, such as an evaluation method of dimensions and shapes, conditions for evaluation accompanying the movement, a movement path of a sensor (contactor, optical sensor, video camera, etc.), etc. Instruct and change information related to evaluation. The measurement command input here is temporarily stored in the measurement command storage unit 111, and when the measurement command is finalized, it is combined with the measurement conditions stored in the measurement condition storage unit 108 described above, and all necessary for measurement The measurement information is reconstructed by the measurement information creating unit 112 and stored in the measurement information storage unit 115. Accordingly, the measurement information created and stored here is assumed to include all information necessary for performing the measurement, and becomes reference data for the subsequent processes.
[0047]
  There are various methods and formats for teaching measurement commands, but since these are already known techniques, a detailed description of the methods and methods is omitted, but they are displayed on the screen as an example. The desired item is selected from the measurement / evaluation instruction table, and then the graphic element to be measured is designated from the screen. Then, the necessary number of measurement points, position, evaluation method, measurement conditions, etc. are instructed. When the necessary instruction is confirmed, a number or an arbitrary name is given to the measurement item, and it is overlaid on an arbitrary position on the CAD drawing. There are methods such as displaying them in a list of measurement items. Further, when performing a geometric operation between items for which measurement has already been instructed, it is possible to simply instruct by instructing the item number and name displayed on the screen with a mouse or the like.
[0048]
  As described above, the function as an offline teaching system is incorporated in the coordinate measuring system 125. However, with the offline teaching function alone, only preparations for measurement work are performed. Therefore, in the system according to the present embodiment, the measurement control function of the measuring machine and the evaluation function of dimensions and shape are also incorporated into the system, so that the measurement work itself can be executed. However, in order to realize the features mentioned here beyond the differences between manufacturers of measuring instruments, it was impossible to achieve them simply by incorporating evaluation functions and control functions.
[0049]
  Therefore, in the present embodiment, the following method has been devised to realize this feature. First, it is assumed that the content of measurement information subjected to offline teaching (measurement teaching) is classified into three types. For measurement / evaluation, a command to actually operate the measuring machine and capture the measurement point (measurement coordinate value), a command to evaluate the required shape (for example, point, straight line, plane, circle, etc.) from the captured measurement point, In addition, it can be roughly classified into commands for evaluating as a new shape by geometric calculation or the like from once evaluated shape data.
[0050]
  In the measurement / evaluation software attached to the conventional coordinate measuring machine, there are several tens to several hundreds of these commands. Each command is identified by its number, name, etc., and measurement commands (information) It is defined as The problem here is that the type, number, function, identification method, teaching data format, etc. of these instructions vary depending on the manufacturer of the measuring instrument and the product, so even an offline teaching system can be developed. Even so, the reality is that the system must be dedicated to the target measuring instrument.
[0051]
  Therefore, in the present embodiment, as a method for solving this problem, a method is developed in which the processing is divided into the command that actually operates the measuring machine and fetches the measurement point, and the other commands, among the commands roughly divided previously. did. That is, as shown in FIG. 10, first, only the command for actually performing the measurement work is extracted from the created measurement information (301) (303), and the command indicated in the measurement information Based on the measurement conditions, the data is converted into a format that can be input by the target measuring device (305), and this data conversion is based on the information stored in the measurement information storage unit 115. It is done at 118.
[0052]
  Using the data converted by the measurement information conversion unit 118, the measurement machine command output unit 112 outputs the data to the measurement machine in real time (306), or the measurement machine command output unit 112 performs measurement. Transfer as command data (307), and only the measured coordinate values measured are imported to the measurement coordinate value input unit 120 in a batch system (307) or in real time to the measurement coordinate value input unit 120 of this system (306), The execution of the evaluation of dimensions and shape (304) and the subsequent data organization work are all performed in this system.
[0053]
  As a result of investigating the measuring machines of each manufacturer, most of the differences in teaching data depend on the evaluation function of dimension and shape and geometric calculation, etc. It turns out that there is no. Therefore, by incorporating the dimension and shape evaluation functions into this system and allowing the measuring machine to function as a device that measures only the original coordinate values, a measuring system compatible with measuring machines from any manufacturer can be obtained. It is a thing.
[0054]
  Furthermore, in the conventional offline teaching system, only the off-line teaching instruction work can be performed, but in this embodiment, not only the off-line teaching but also the converted measurement instruction is sent to the sequential measuring instrument 124. Similarly, by taking the measurement coordinate values from the sequential measuring machine 124, online measurement and offline measurement can coexist, and the user can freely use them according to his / her situation.
[0055]
  As a method of passing the converted data to the measuring instrument 124, if the system and the software attached to the measuring instrument operate on the same computer, the necessary measurement instructions are combined into a disk file, etc. The batch method (307) to be passed may be used, but when operating on another computer, there is also a method of passing data via an external storage such as a floppy disk, or if it can be passed by communication in real time, It is also possible to implement as a real-time measuring device by transferring the measurement commands one by one to the measuring device 124, driving the measuring device 124 and inputting the measurement coordinate values one by one.
[0056]
  Next, the measured coordinate value is input and temporarily stored in the system, and the evaluation operation of a predetermined dimension / shape is executed by the evaluation unit 117 in accordance with the measurement information already created (304). It was decided. The result evaluated by the evaluation unit 117 is stored in the evaluation result storage unit 114 (302), and is used when referring to the result later. The feature here is that the evaluation calculation is performed directly using the measurement information created in advance, so that the result of the evaluation performed by the main body of the measuring instrument is related to the measurement information as in the conventional offline teaching system. This eliminates the need for internal calculations.
[0057]
  The evaluation of the size and shape is performed, and the result stored in the evaluation result storage unit 114 is displayed on the CRT screen by the evaluation result display unit 113 in accordance with the measurement user's instruction operation. At this time, since the measurement information already created is associated with the result, it is possible to immediately refer to the desired evaluation result simply by designating the number or name of the measurement item to be referred to. In addition, not only the numbers and names but also the CAD graphics are associated with the measurement teaching, so the results can be referred to immediately by picking the measured graphic elements with a mouse or the like.
  In other words, conventionally, humans have manually performed all the work of organizing numerical values (paper output and screen display) output from a measuring machine in association with measurement points. Therefore, this work itself requires a very large amount of time and labor, and in some cases, it may reach 50 to 60% of the total measurement work time. Compared to this conventional arrangement, as in this embodiment, the significance of this work being automated is very large, and this function eliminates the need for any arrangement work such as association. Shortening became possible.
[0058]
  Next, it is necessary to output or memorize the evaluation results of the dimensions and shapes obtained by the measurement to other software or devices besides paper and screen display. At this time, the evaluation result conversion unit 116 converts the data into a predetermined data format in accordance with the method instructed by the evaluation result display unit. This conversion procedure can be prepared and installed in advance as dedicated software when the output target is determined, but it incorporates a mechanism that allows the measurer to freely set the conversion procedure by himself / herself. There is also a way to make it expandable.
[0059]
  The evaluation result output unit 119 performs processing for outputting the converted result data to the external storage device 122 (for example, a magnetic storage device or a communication device) or another device 123. For example, in recent computers, an OS (basic software) capable of simultaneously starting a plurality of software is also widespread. In some cases, the OS itself may have this function, but in this case, the evaluation result is not output as it is, but it is more efficient to output the data after appropriate shaping. It is often done.
[0060]
  The above is the description of one embodiment in the coordinate measurement system 125 according to the present embodiment. Although not specifically described in the present embodiment, it also has a function of storing / calling input CAD data, measurement information, measurement coordinate values, and evaluation results outside the system. These multidimensional coordinate measuring systems 125 are preferably configured by an electronic computer.
[0061]
【The invention's effect】
[0062]
[0063]
  The present invention described in claim 1Even for coordinate measuring machines that handle gradation images, teaching data can be created using CAD data and integrated management of inspection result data can be performed.
  AndConventionalEven for coordinate measuring machines that handle difficult gradation images, it is possible to create teaching data off-line using CAD data, and perform measurement preparation work in advance even if there is no object to be measured. Made it possible.
[0064]
  FurtherAnd coveredEven if there is no measurement object, the measurement position can be set easily and accurately.
  The invention described in claim 2 adds a function of performing simulation display using CAD data, and displays a figure in the visible range in another area of the screen at the same magnification as the video screen. Since a part is added as a frame and teaching work is performed on a CAD figure displayed inside the frame, an accurate measurement instruction can be performed. In particular, if the recent GC (computer graphics) technology is used, it is possible to display shadows according to the illumination method and various measurement conditions, and it is possible to set the measurement conditions accurately.
  Further, since the invention according to claim 3 is performed by the measurement information conversion unit based on the information stored in the measurement information storage unit, the converted measurement command is not limited to the off-line teaching, and is sequentially transmitted to the measuring machine. By sending out the measurement coordinate values from the sequential measuring machine as well, online measurement and offline measurement can coexist and the user can freely use them according to their own situation.
  And billingItem 4In the invention described in (1), the measurement location can be set very easily.
[0065]
  This makes it easy to teach measuring instruments and makes it possible to greatly automate and streamline the current inspection work, which is largely dependent on manual operations. -It produces a great effect that cannot be achieved with a teaching system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a functional block diagram showing an embodiment of a coordinate measuring system according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of a video screen simulation display in a coordinate measuring machine by image processing of a coordinate measuring system according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing details of a simulation display unit of the coordinate measurement system according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a display example of a CAD figure in the coordinate measurement system according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a display example of a CAD figure when a frame is added in the coordinate measurement system according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing the types of calipers in the coordinate measurement system according to the present invention.
FIG. 7 is a view showing an example of caliper display in the coordinate measurement system according to the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a caliper changing operation in the coordinate measuring system according to the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a caliper changing operation in the coordinate measuring system according to the present invention.
FIG. 10 shows a block diagram of the functions in the method for enabling connection to any coordinate measuring machine from the measurement information of the coordinate measuring system according to the present invention.
[Explanation of symbols]
  30 Measurement position processing section
  31 Measurement position instruction section 32 Pick content analysis section
  33 Display Center Determination Unit 34 Video Screen Frame Calculation Unit
  35 Zoom processing section
  40 Caliper definition part
  41 Caliper selection operation section 42 Caliper initial setting section
  43 Caliper position determination unit 44 Caliper posture determination unit
  45 Caliper drawing section 46 Caliper editing section
  47 Illumination condition setting section 48 Shape change operation section
  101 Display device 102 CAD system
  103 Simulation display section 104 CAD graphic display section
  105 CAD data input unit 106 CAD data storage unit
  107 Measurement condition input unit 108 Measurement condition storage unit
  109 Measurement command storage unit 110 Measurement command input unit
  111 Measurement command storage unit 112 Measurement information creation unit
  113 Evaluation result display unit 114 Evaluation result storage unit
  115 Measurement Information Storage Unit 116 Evaluation Result Conversion Unit
  117 Evaluation Unit 118 Measurement Information Conversion Unit
  119 Evaluation result output unit 120 Measurement coordinate value input unit
  121 Measuring machine command output unit 122 External storage device
  123 Other equipment 124 Measuring machine
  125 coordinate measurement system
  201 frame 202 figure
  204-point caliper 205-line caliper
  206 Rectangular caliper

Claims

The object to be measured multidimensional shape based on the captured image data to the measuring instrument to the object to be measured is measured and evaluated by performing image processing, the off-line teaching system for teaching the measurement information off-line,
A CAD data input unit for inputting the CAD graphic data from a storage unit for storing the CAD graphic data corresponding to the object to be measured;
A measurement condition input unit for inputting measurement conditions including a photographing magnification of the measuring machine;
A caliper definition unit that defines specifications such as a position of a caliper indicating an area of the object to be measured that is detected by the measuring machine;
The CAD graphic data corresponding to the visible range of the measuring machine is displayed out of the CAD graphic data inputted by the CAD data input unit based on the photographing magnification of the measuring device inputted by the measurement condition input unit. And a simulation display unit that displays the caliper defined by the caliper definition unit on the CAD graphic data;
An off-line teaching system comprising: a measurement information storage unit that stores the measurement information including the measurement conditions and the position of the caliper.

In the offline teaching system according to claim 1,
The off-line teaching system, wherein the simulation display unit displays a screen frame indicating a visible range of the measuring instrument on a display screen.

In the off-line teaching system according to claim 1 or 2,
An off-line teaching system, comprising: a measurement information conversion unit that is connected to the measurement information storage unit and converts the measurement information into a format that can be input by the target measuring device.

In the off-line teaching system according to any one of claims 1 to 3,
An off-line teaching system that performs caliper positioning and caliper attitude setting corresponding to the figure shape by automatically defining the caliper using CAD figure data and editing on the CAD. .