JP4208357B2 - Thread shape measurement method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ねじ形状測定方法に関し、特に一般的な三次元測定機を利用して、ねじ形状の特性値を測定できるようにしたねじ形状測定方法に関する。
【0002】
【背景技術】
従来、物品等の表面の形状測定には三次元測定機が多用されている。
三次元測定機では、形状測定を行う物品等(ワーク)をテーブル上に載置しておき、このテーブルに対して三次元的に相対移動するプローブ先端のスタイラスをワーク表面に接触させる。そして、接触した点の三次元座標位置を読出すことを順次繰返すことで、ワーク表面の立体形状を精密に捉えることが可能である。
【0003】
このような三次元測定機においては、従来、一般的なワーク表面の形状測定の他、ワーク表面に形成された穴の内径や中心軸位置の測定なども行われている。また、ワーク表面に形成されたねじ穴について、各々の中心軸位置の測定あるいは複数のねじ穴の軸間距離の測定も行われている(特開平6-341826号公報など)。
【0004】
ねじ形状(ねじ穴=雌ねじ、ねじ軸=雄ねじ)については、中心軸位置の他に、ねじ形状の特性を規定する多様なパラメータ(特性値)が存在する。例えば、ねじピッチ、ねじ有効径、ねじ山角度、ねじ切り長さ等である。
これらのねじ形状の特性値を測定する技術としては、従来様々な測定方法が知られている。
【0005】
例えば、光学式の変位センサをねじ形状に対して軸方向に移動させ、ねじ山の輪郭を非接触で倣い測定することで、ねじピッチ、ねじ山高さ、ねじ径、ねじテーパー等を測定するものがある(特開昭62-27607号公報、特開平9-264719号公報など)。また、非接触でなくねじ形状の軸線方向の輪郭を接触計測し、更にねじ溝に沿った形状測定により、ねじ形状の精密測定を行う技術も知られている(特開昭55-113907号公報など)。
【0006】
なお、ねじ軸の有効径を測定する技術としては、従来より三針測定法が知られている。これは、ねじ軸の片側に2本、反対側に1本の針を、それぞれねじ溝に収るように配置し、各側の針を押えるようにマイクロメータスピンドルで挟み、既知の針径に基づいて既定の演算式からねじ有効径を算出するものである。このために、専用の三針ゲージ、三針用アダプター、三針測定台が開発されている。これら三針式の測定については、JIS B 0271に規定がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
前述のように、ねじ形状の特性値に対する測定技術は種々あるものの、一般的な三次元測定機を用いた形状測定の一環としてのねじ形状の測定は行われていなかった。
これは、三次元測定機を利用してねじ形状の各種測定を行うためには、既存のプローブ、スタイラスといったハードウェアが適していないとともに、動作プログラムにおいてもねじ形状の各種測定を行うための測定コマンドや測定アルゴリズムが準備されていなかったことによる。
しかし、製品製造工程におけるインライン測定に三次元測定機の導入が進んでいることもあり、ねじ形状の各種測定も三次元測定機で自動的に行えるようにすることが要望されていた。
【0008】
本発明の目的は、三次元測定機を利用してねじ形状の各種特性値の測定を行えるねじ形状測定方法を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
(基本構成)本発明は、三次元測定機を利用してねじ形状の測定を行うねじ形状測定方法であって、測定すべきねじ形状を有するワークが装着される三次元測定機と、この三次元測定機に装着される倣いプローブと、この倣いプローブに装着されかつワークに接触される接触部を有するスタイラスとを用い、前記ねじ形状の中心軸線深さゼロの位置である前記ワークの表面を前記ねじ形状の基準面として想定し、この想定した基準面の法線を前記ねじ形状の中心軸線として決定し、この決定したねじ形状の中心軸線と前記倣いプローブの倣い測定軸線とを合わせる軸合わせ工程と、前記スタイラスを前記ねじ形状に接触させつつ前記倣いプローブを前記倣い測定軸線に沿って移動させる倣い測定工程と、前記倣い測定で得られた測定データから前記ねじ形状の各種特性値を演算する演算工程と、を含み、前記倣い測定工程は、前記ねじ形状の周方向の複数箇所について各々軸線に沿って倣い動作を行うことを特徴とする。
【0010】
(基本構成の要素)
測定対象のねじ形状としては、ねじ穴(雌ねじ)およびねじ軸(雄ねじ)の何れであってもよい。また、通常のねじ穴やねじ軸の他、半周分の部分ねじ等を対象としてもよい。
軸合わせ工程でのねじ形状の中心軸線は、ワークの設計データを参照してもよく、他の測定動作により仮測定を行ってもよい。
各特性値の演算にあたっては、倣い測定工程と並行する形で演算工程を行ってもよく、あるいはある特性値について倣い測定工程を行った後その特性値の演算工程を行い、次に別の特性値について倣い測定工程を行った後その特性値の演算工程を行う等としてもよい。
【0011】
倣いプローブとしては、装着したスタイラスを測定対象表面に当接させつつ滑らせてこの表面の輪郭形状を測定する、いわゆる倣い測定を行うために用いられている既存の倣い測定用のプローブを用いればよい。
スタイラスとしては、先端に球状の接触部を有する既存のものを用いればよい。この際、一つの接触部を有するものに限らず、先端が枝状に分岐して複数の接触部を有するもの、例えば十字型スタイラスなどを用いてもよい。
【0012】
三次元測定機としては、ワークを載置するテーブルとプローブ装着部分とが三次元で相対移動する既存のものが利用できる。
三次元測定機に各工程を実行させるために、制御手段として、三次元測定機の動作制御およびデータ処理を行うために用いられているホストコンピュータ、ホストコンピュータと三次元測定機の間に介在してホストコンピュータからの動作指令に基づいて三次元測定機を作動させるコントローラ等、三次元測定機の制御に用いられている既存の装置を用いればよい。
各工程を実行させるための動作プログラムは、外部で作成して磁気テープ、ディスク等の既存の情報記録媒体によって、またはオンライン通信で制御手段にロードされるようにすればよい。
【0013】
(基本構成の作用効果)
このような本発明においては、三次元測定機ないしスタイラスにより通常のワーク表面の形状測定を行うことができる。つまり、倣いプローブ、スタイラスに至るプローブ群は既存の構成であり、通常のワーク表面の形状測定動作を妨げるものではない。一方、ワークに形成されたねじ形状についても、同じ装置のままねじ形状の各種特性値の測定を行うことができる。
【0014】
すなわち、軸合わせ工程により、倣いプローブがワーク表面のねじ形状に対して、その軸線方向に倣い方向が合わせられた所定の姿勢でセットされる。そして、倣い測定工程により、ねじ形状が倣い測定される。さらに、演算工程により、倣い測定によるデータから、ねじ形状のねじピッチ、ねじ山角度、ねじ切り深さ等の特性を演算することができる。
【0015】
従って、三次元測定機を用いて、通常のワーク表面の形状測定から、従来は別途作業が必要だったねじ形状の測定までをシームレスに実行することができ、製造ライン等でのインライン測定を行うことも可能となる。
【0016】
(軸合わせ工程に関して)
本発明において、前記軸合わせ工程の前に、前記三次元測定機に設定される機械座標系と前記ワークに設定されるワーク座標系と前記倣いプローブおよびスタイラスに設定されるプローブ座標系との各々の間の相対関係を合わせる座標合わせ工程を行うことが望ましい。
【0017】
機械座標系とは、三次元測定機のテーブル等の上に設定される座標系であり、三次元測定機はこの座標系に基づいて動作する。適宜交換されるプローブ等の座標系をこの機械座標系に校正するために、テーブル上には例えば球状の校正ポイント等が設置される。このような校正ポイントに複数方向から接触することで、座標系の校正を行うことができる。
【0018】
ワーク座標系とは、ワークに設定される座標系であり、一般に設計データはこのワーク固有の座標系をとることになる。ワークを三次元測定機のテーブルに載置して測定を行う場合、ワーク各部の位置が機械座標系で表現される必要がある。ここで、ワークのXYZ各軸が三次元測定機の機械座標系の各軸方向と一致しているなら、ワーク座標原点の機械座標値を単純オフセットとして加減算すればよい。一方、ワークのXYZ各軸が機械座標系の方向に対して傾いているなら、回転成分を含めた変換が必要になるが、何れにせよ既存の演算処理で統合することができる。
【0019】
プローブ座標系は、三次元測定機のプローブ取付け部の基準位置等から相対指定される接触部の位置等を表すものであり、機械座標系における現在のプローブ座標系の原点位置とプローブ座標系の接触部座標値とから、機械座標系における接触部の座標値が得られる。なお、ワーク座標系の場合と同様、各軸方向が一致している場合は単純な加減算で済むが、傾いている場合や軸周りに回転している場合には角度を含めた演算が必要になる。
【0020】
更に、軸合わせ工程については以下のことが言える。
まず、前記倣いプローブの倣い測定軸線とは、倣いプローブが倣い測定を行う際の倣い移動方向である。この倣い測定軸線は、回転プローブヘッドの回転角度と傾き角度、および三次元測定機の移動位置に基づいて特定することができる。すなわち、三次元測定機の機械座標系に対して、プローブ座標系の初期状態が確認できていれば、その後のスタイラスの位置および向きは一意に決定できる。
【0021】
一方、前記ねじ形状の中心軸線は、ワークの設計データに対応するワーク座標系と三次元測定機の機械座標系とから特定することができる。すなわち、三次元測定機の機械座標系におけるワークの固定状態によりワーク座標系と機械座標系のオフセット(3軸の変位および傾き)が決定されるが、このオフセットとワークの設計データ上のねじ形状の中心軸線(位置および方向)とを合わせれば、機械座標系でのねじ形状の中心軸線が算出できる。
これらにより、各々の軸線を機械座標系に変換すれば、各々を合わせる操作は既存の技術により適宜行うことができる。
【0022】
なお、ねじ形状の中心軸線の深さ0の位置に、ねじ形状の基準面を想定することができる。この際、ねじ形状の中心軸線はねじ形状の基準面法線となる。
通常、ねじ形状はワークの表面に垂直に彫込まれるので、ねじ形状の基準面はワークの表面に平行となり、ねじ形状の深さ0となる開口面つまりワーク表面が基準面となる。従って、ワークのねじ形状形成部位の表面に垂直な法線方向がねじ形状の軸線となっていることが一般的であり、ワーク表面の形状からねじ形状の軸線方向を決定することもできる。但し、ワーク表面から傾いたねじ形状については、基準面はワーク表面に一致せず、設計データ等から軸線方向を割出すことが望ましい。
【0023】
(倣い測定工程に関して)
本発明において、前記倣い測定工程は、前記ねじ形状の周方向の複数箇所について各々軸線に沿って倣い動作を行うことが望ましい。
倣い動作としては、次のような形態が選択できる。
【0024】
ねじ穴を対象にする場合、開口側から奥へ進む方式と、先に先端(底部)まで進み開口まで戻る方式とが採用できる。
具体的に、前者としては、先ずワークのねじ穴開口周辺にスタイラスを当接させ、この状態でねじ穴内側に移動させ、ねじ穴内へ入る。そして、内周面のねじ形状を倣いながらねじ穴の先端まで倣い移動させる。後者としては、先ずワークのねじ穴の先端(底面)へ中心軸線に沿ってスタイラスを挿入し、外側に寄って内周面のねじ形状に接触させる。そして、中心軸線に沿って開口まで倣い移動させる。
【0025】
ねじ軸を対象にする場合、根元側から先端に向けて進む方式と、先に先端まで進み根元まで戻る方式とが採用できる。
具体的に、前者としては、先ずねじ軸の根元周辺のワーク表面にスタイラスを当接させ、内側に寄ってねじ形状に接触させる。そして、ねじ軸に沿って先端まで倣い移動させる。
【0026】
一方、後者としては、先ずねじ軸の先端の外周近傍にスタイラスを配置し、外周面に接触させる。そして、ねじ軸に沿って根元まで倣い移動させる。
倣い動作する複数箇所としては、例えば90度間隔で3〜4カ所が適当といえる。3カ所より少ないと演算が難しく、4カ所より多いと工数が増加する。
【0027】
なお、前記倣い動作をねじ穴の底面に向けて行う場合、ねじ形状の不完全ねじ部が始まる位置で終了することが望ましい。
この際、前記完全ねじ部の終了は、倣い動作の間に検出されるねじ形状の輪郭データの変化が一定幅以下になった場合に終了と判定することが望ましい。
【0028】
ねじ軸の根元に向って倣い動作する場合には、ねじ形状の完全ねじ部の長さを予めワークの設計データを参照して記憶しておき、この長さ分移動した時点で減速等することが望ましい。
このようにすれば、ねじ穴底面やワーク表面に対するスタイラスの衝突等の障害を未然に回避できる。
【0029】
前述した演算工程について、以下のことが言える。
前記演算工程は、前記倣い測定による測定データのねじ部のねじ谷深さの変化またはねじピッチの変化から不完全ねじ部を判定する不完全ねじ部判定処理を含むことが望ましい。
【0030】
一般に、ねじ形状は、基部(ねじ穴の開口近傍、ねじ軸の根元)から続く完全ねじ部と、先端近傍に存在する不完全ねじ部とに区分できる。本発明で測定するねじ形状の特性値は、本来のねじ形状としてのものであるから、完全ねじ部を測定対象とし、不完全ねじ部の情報は含まれない方が望ましい。また、ねじ長は完全ねじ部の長さであるから、この値をとるためには不完全ねじ部の判別は必須となる。
【0031】
不完全ねじ部判定処理は、ねじ形状軸線方向に対するねじ部のねじ谷深さの変化またはねじピッチの変化から、予め求めた関数または数値表に基づいて近似を行うことで、前記不完全ねじ部の開始点を判定することが望ましい。
このようにすれば、連続するねじ形状に対しても比例計算等で完全ねじ部の境界を規定することができ、完全ねじ部の区間を確定することでねじ有効長さを測定することができる。
【0032】
前記演算工程は、前記倣い測定による測定データからねじ部の測定輪郭形状を取出し、この測定輪郭形状においてねじ斜面部分を直線で近似することで近似輪郭形状を取出し、この近似輪郭形状からねじピッチ、ねじ山角度、ねじ切り深さを判定する近似輪郭形状処理を含むことが望ましい。
このようにすれば、ねじピッチ、ねじ山角度、ねじ切り深さ等のねじ形状の各種特性値の測定を容易に行うことができる。
【0033】
前記演算工程は、前記倣い測定による測定データからねじ部の測定輪郭形状を取出し、この測定輪郭形状においてねじ斜面部分を直線で近似することで近似輪郭形状を取出し、この輪郭形状に従来の三針法の針の代替となる仮想円を接触させ、従来の三針法によりねじ形状の有効径を算出する有効径算出処理を含むことが望ましい。
このようにすれば、ねじ形状の有効径の測定を容易に行うことができる。
【0034】
(プローブに関して)
本発明において、前記倣いプローブは回転プローブヘッドを介して前記三次元測定機に装着され、前記軸合わせ工程では前記スタイラスの軸線が前記倣い軸線に合うように前記回転プローブヘッドを傾けることが望ましい。
【0035】
回転プローブヘッドとしては、基部が三次元測定機のプローブ装着部分に装着可能で、先端部に他のプローブが装着可能であるとともに、先端部が基部に対して任意の方向へ回転または回動できるようになった既存のものを用いればよい。通常、プローブ装着部分の装着軸線周りに回転可能であり、かつこの軸線に対して0度から90度まで傾斜可能な2自由度のものが用いられる。
【0036】
本発明において、前記倣い測定工程では側方に分岐した接触部を有する分岐型スタイラスを用いることが望ましい。
分岐型スタイラスとしては、例えば十字型に分岐した各先端に接触部を有する十字接触子などが利用できる。
【0037】
このようにすれば、ねじ形状内側の複数箇所を倣い測定する場合など、各測定個所に最寄の側の接触部を用いることで、スタイラスを測定個所に合わせて回転させる等の補助的な動作を省略できる。 このほか、ねじ軸の外周であれば通常の直線的な軸部の先端に球状の接触部が一個だけ付いた標準スタイラスも使用でき、先端がL字型に折れ曲った形状のスタイラスを用いてねじ穴内の測定が可能である。
【0038】
本発明において、前記分岐型スタイラスを用いて前記倣い測定工程を行うのに先立って、前記分岐型スタイラスの接触部が突出する方向が前記倣い測定で検出する輪郭変動の方向に一致するように姿勢を調整しておくことが望ましい。
このような操作は、前述の回転プローブヘッドを用いることで簡単に実行することができる。あるいは回転プローブヘッドがなくてもツールストッカからの掴み直しをすることで実現可能である。
このようにすれば、倣い測定に最適な姿勢での測定動作を実行することができる。
【0039】
この際、ツールストッカにおけるスタイラスは、三次元測定機に装着された際に常に各スタイラスの軸線方向が三次元測定機の軸線方向に対応した所定の姿勢となるように保持しておくことが望ましい。
【0040】
このようにすれば、特定の方向に分岐した接触部を有する分岐式のスタイラスを用いる場合に、接触部の突出側が三次元測定機の座標系から確実に識別でき、ねじ形状の特定の側を倣い測定する際に確実な対応をとることができる。
但し、このようにした場合でも、装着後に校正ポイント等による方向チェックと、回転プローブヘッド等による方向調整とを確実に行うことが望ましい。
【0041】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。
図1には、本発明に基づきねじ形状の測定も行えるようにした三次元測定機10が示されている。
三次元測定機10は、三次元測定機本体11と、この三次元測定機本体11から必要な測定値を取り込んで、これを処理するためのホストシステム12とから構成されている。
【0042】
三次元測定機本体11は、次のように構成されている。
すなわち、除振台111の上には、定盤112(テーブル)がその上面をベース面として水平面と一致するように載置され、この定盤112の両側端から立設されたアーム支持体113,114の上端にX軸ガイド115が支持されている。
【0043】
アーム支持体113は、その下端がY軸ガイド116に沿ってY軸方向に移動可能に配置され、また、アーム支持体114は、その下端がエアーベアリングによって定盤112上にY軸方向に移動可能に支持されている。
【0044】
前記X軸ガイド115は、垂直方向に延びるZ軸ガイド117をX軸方向にガイドする。Z軸ガイド117には、Z軸アーム118がZ軸ガイド117に沿って移動するように設けられ、Z軸アーム118の下端に接触式のプローブ13が装着されている。
【0045】
プローブ13は、定盤112上に載置された被測定物Wに接触した際にホストシステム12へ接触検出信号を出力する既存のタッチトリガープローブあるいは接触状態で倣い動作することで輪郭形状を連続して出力する倣いプローブ等であり、接触時点のX,Y,Z軸座標値あるいは連続した倣い測定データがホストシステム12に送られて定義演算処理されるようになっている。
【0046】
なお、プローブ13は、後述するように回転プローブヘッドを介してZ軸アーム118に接続されるとともに、先端のスタイラスが適宜交換可能である。この際、交換したスタイラス毎の変動誤差を抑えるために、三次元測定機11はスタイラス交換のつど校正動作を行うようになっている。このために、定盤112の角隅部分には校正ポイント119が設置されている。
【0047】
校正ポイント119は、球状の先端を有し、その中心位置および半径は正確に計測済である。従って、スタイラス交換をした場合、この校正ポイント119の計測により、個々のスタイラスの誤差を算出してその分の補正を行うことができる。これにより、三次元測定機10に規定される機械座標系と、プローブ13ないしスタイラスに設定されるプローブ座標系との座標合わせが行なわれるようになっている。
【0048】
ホストシステム12は、次のように構成されている。
すなわち、ホストシステム12は、ホストコンピュータ121と、モニタ122、プリンタ123およびキーボード124とを備えている。
ホストコンピュータ121は、プローブ13からの信号からワークWの形状データを演算する既存のソフトウェアプログラムを備え、これらを適宜実行して所定の演算処理を行うことができるものである。
【0049】
具体的には、プローブ13がタッチトリガープローブである場合、接触信号に基づいて三次元測定機本体11の現在位置座標値を読出し、プローブ13先端の接触部の座標位置を割出す。この値はプローブ13が接触したワークW表面の位置となる。
また、プローブ13が倣いプローブである場合、三次元測定機本体11に所定の倣い動作を実行させるとともに、プローブ13からの測定データを連続的にモニタし、輪郭形状として記録する。これによりワークWの特定部分の輪郭形状が測定できる。
【0050】
図2にはプローブ13が示されている。
前述したように、本実施例のプローブ13は、回転プローブヘッド131を介してZ軸アーム118に装着されている。また、前述のように、プローブ13としてはタッチトリガープローブあるいは倣いプローブが適宜選択される。
【0051】
回転プローブヘッド131は、回転軸132を中心にしてプローブ13が0度から90度まで傾斜するように回転可能である(図中A方向)。また、Z軸アーム118に対する連結軸133に対して、本体部分が360度回転自在である(図中B方向)。
プローブ13に装着されるスタイラスとしては、直線状の標準スタイラス134または四方に分岐を有する十字スタイラス135が適宜選択される。何れのスタイラスも、先端に球状の接触部136を備えている。
【0052】
前述したプローブ13およびスタイラス134,135は、それぞれホストコンピュータ12からの動作指令に基づいて適宜交換される。また、選択的に使用されるプローブ13およびスタイラス134,135は、三次元測定機本体11の移動範囲内に配置されたツールストッカに準備しておくことで自動交換可能となっている(図1では省略)。
【0053】
次に、三次元測定機10を用いて行われるねじ形状の測定について説明する。
図3には、本実施形態で測定するねじ形状の特性値が示されている。
図3において、ワークWの表面W1にはねじ穴WHが形成されており、その内周にはねじ形状WSが形成されている。ねじ形状WSは開口SOから奥へ完全ねじ部S1、不完全ねじ部S2、ドリル下穴部S3となっている。ここで、ドリル下穴の深さSM、完全ねじ部S1のねじ長SL、完全ねじ部S1のねじ有効径SD、ねじ形状WSの中心軸線S4の位置SPが測定すべき特性値となっている。
【0054】
これらの特性値を測定するために、本実施形態では図4、図5、図6に示す一連の処理を実行する。これらの処理は、ホストコンピュータ12で実行されるプログラムに基づく動作指令に従って三次元測定機本体11が動作することで実行される。
【0055】
はじめに、座標系の設定を行う(処理ST1)。
この処理では、通常使用しているタッチトリガープローブと標準スタイラス134を装着した状態で、前述した校正ポイント119による機械座標系とプローブ座標系との整合を行った後、ワークWの所定の表面部位を数点測定する。つまり、ワークWの表面部位は予め設計データに基づいて解っているが、ワークWの定盤112に対する載置状態に応じて各点の測定値は変化する。従って、ここで複数点の測定値から校正値を割出し、この後のワークW各部の測定値を補正するようにする。
【0056】
次に、ワークWのねじ形状WSの中心座標SP'の仮測定を行う(処理ST2)。
この処理では、既存のねじ測定マクロコマンド等を利用する。具体的には、前述した従来のねじ軸位置測定方法を利用する。この処理によりねじ形状WSの中心軸線S4の位置SP'が暫定的に測定される
【0057】
暫定的な中心軸線S4の位置SP'が得られたら、測定対象の特性値の一つであるドリル下穴の深さSMの測定を行う(処理ST3)。
この処理においては、先ずプローブ13をタッチトリガープローブから倣いプローブに交換する。但し、スタイラスは標準スタイラス134とする。交換したら校正ポイント119で校正をしておく。
【0058】
この状態で、プローブ13を移動させ、スタイラス134をねじ穴WH内に導入し、中心軸線S4に沿って降下させ、図7に示すように先端の接触部136を底部中心S5に接触させる。接触までの移動距離はワークWの設計データを参照して概略的に決定すればよい。
スタイラス134の接触部136が底部中心S5に接触した状態では、接触部136の半径r、ドリル下穴部S3の内径dとして、X=(d/2)tanθ-r/cosθがドリル下穴部S3下端から接触部136の中心までの距離となる。従って、中心軸線S4の方向の座標位置からXを引いたものがドリル下穴の深さSMとなる。
【0059】
次に、測定対象の特性値であるねじ形状WSの中心座標SPの本測定と有効径SDの測定を行うための処理に移る。
まず、倣いプローブになっているプローブ13から標準スタイラス134を外し、十字スタイラス135を装着する。装着したら校正ポイント119で校正をしておく。併せて、スタイラス135の姿勢を調整しておく。具体的にはスタイラス135の+Y軸側、-Y軸側、+X軸側、-X軸側の接触部136が正しく機械座標系の各軸方向に向くように向きを調整する。
この状態で、回転プローブヘッド131を作動させ、プローブ13の倣い軸線をねじ穴WHの中心軸線S4に合わせる。中心軸線S4としてはワークWの設計データ値を参照する(処理ST4)。
【0060】
この状態で、ねじ穴WHの内周のねじ形状WSの倣い動作を行う(処理ST5)。この倣い動作の詳細は図5に示されている。
すなわち、スタイラス135をねじ穴WHの開口中心位置に配置し(処理ST11)、ねじ穴WH内に導入したうえ、中心軸線S4に沿って下降(奥側へ移動)させる(処理ST12)。ワークWの設計データあるいは先に測定したドリル下穴の深さSMに基づいて接触部136がねじ穴底部近傍に達したら減速し、底面に達したら移動を停止する(処理ST13)。
【0061】
続いて、何れかの接触部136の方向(例えば+Y方向)へ径方向移動させ(処理ST14)、この接触部136がねじ形状WSに接触したら停止させる(処理ST15)。この状態で、中心軸線S4に沿ってスタイラス135を上昇(開口側へ移動)させ(処理ST16)、ねじ穴開口SOに達したら(処理ST17)、スタイラス135をねじ穴WHの外へ取出す(処理ST18)。このうち、処理ST16の間にねじ形状WSの輪郭データを測定する。
【0062】
これらの一連の動作は図8に示すようになる。図8において、各矢印は接触部136の軌跡を示す。
これらにより、ねじ形状SWの一方向(+Y方向)の輪郭が仮に測定され、この方向における開口SOからの山谷が把握される。
【0063】
図4に戻って、ねじ穴WHの有効径SDおよび中心位置SPを測定するために、ポイント測定を+Y,-Y,+X,-X各方向に90度間隔で4回繰返す(処理ST6)。このポイント測定の詳細は図6に示されている。
【0064】
すなわち、スタイラス135をねじ穴WHの開口中心位置に配置し(処理ST21)、ねじ穴WH内に導入したうえ、中心軸線S4に沿って下降(奥側へ移動)させ、先に処理ST14で選択したのと同じ接触部136(ここでは+Y方向)がねじ穴開口SOから4谷目となるZ軸位置にくるように移動する(処理ST22)。
【0065】
この状態で、先の+Y方向の接触部136を対応する+Y方向へ移動させ、対向するねじ形状WSの谷に接触させ、その位置をポイント測定する(処理23)
次に、スタイラス135を中心に戻すとともに、Z軸位置を4分の1ピッチ分下降させる(処理ST24)。この際のねじピッチPはワークWの設計データを利用する。この状態で、隣接する+X方向の接触部136を対応する+X方向へ移動させ、対向するねじ形状WSの谷に接触させ、その位置をポイント測定する(処理25)
【0066】
この時、Z軸位置はP/4ずらされており、従って+X方向の接触部136は先に+Y方向の接触部136が入ったねじ谷と連続するねじ谷に入ることになる。
これらの径方向移動および中心でのZ軸P/4移動を繰返すことで続く-Y方向、-X方向のポイント測定も順次行われる(処理ST26〜ST29)。そして、+X方向のポイント測定が終ったらスタイラス135をねじ穴WHの外へ取出す(処理ST30)
【0067】
これらの一連の動作は図9および図10に示すようになる。各図において、各丸印は接触部136の各処理毎の位置を示し、各矢印は接触部136の軌跡を示す。
これらにより、ねじ形状SWの一連のねじ谷に関する+Y,-Y,+X,-Xの4方向、つまり90度づつ一周分のポイントが測定される。
【0068】
図4に戻って、以上により測定したねじ形状SWの一連のねじ谷に関する+Y,-Y,+X,-Xの4方向のポイントデータをホストコンピュータ12で演算処理することでねじ穴WHの有効径SDおよび中心位置SPが把握される(処理ST7)。
【0069】
なお、ねじ穴WHの有効径SDの演算は、ねじ軸の場合に利用される公知の三針式計算法をねじ穴に適用して次のように行う。
先ず、ポイント測定した4点のデータから4つの接触状態にある時の接触部136の中心座標が解るので、この中心座標を通る一つの円の直径SD1を求める。ここで、接触部136の半径r、ねじの公称ピッチP、ねじ山の角度α、ねじ山の高さh0とすると、図11に示す関係がある。
すなわち、図中の距離h1、h3、hは次式のようになる。
【0070】
【数1】

Figure 0004208357
【0071】
従って、ねじ穴WHの有効径SDは次式の通りとなる。
【0072】
【数2】
Figure 0004208357
【0073】
次に、ねじ穴WHの内周のねじ長SLを測定するために、ねじ形状WSの倣い動作を行う(処理ST8)。この倣い動作の詳細は前述の図5の手順である。
そして、ここで得られた倣い測定データに基づいて、ねじ形状WSの不完全ねじ部S2と完全ねじ部s1との境界位置を割出し、これにより完全ねじ部S1の長さとしてねじ長SLを演算する(処理ST9)。
【0074】
具体的には次のような演算手順を採用する。
図12において、ねじ形状WSは完全ねじ部S1の下方には不完全ねじ部S2があり、更に下方にはドリル下穴S3が続いている。倣い測定軌跡WS1は、先の倣い動作の際の接触部136の中心位置を順次記録したものである。
【0075】
倣い測定軌跡WS1を直線近似することで、各ねじ山の斜面に沿った直線的な近似軌跡WS2を計算する。この近似軌跡WS2の山側の交点および谷側の交点は、加工誤差や丸み変形等を含まないため実際のねじ山先端およびねじ谷先端よりも高精度に位置を確定できる。そして、各交点のうち谷側の交点の中心軸線S4からの距離(=半径Ri)を順次計算する。
【0076】
ここで、公称のねじ外径R0に対し、その90%以上あれば完全ねじ部F1、以下であれば不完全ねじ部F2と規定する。つまり、真境界半径RS'=R0×0.9とする。そして、対応するねじ谷に対する接触部136(半径r)の中心位置の中心軸線S4からの距離を仮境界半径RS=RS'-rとする。
【0077】
このような仮境界半径RSに基づいて、先に計算した各谷の交点の半径Riを評価すると、例えば半径Rn+1以上は仮境界半径RSより大きく、Rn以下が仮境界半径RSより小さければ、この2つの谷の間に実際の境界が存在することになる。
【0078】
この実際の境界のZ軸位置は次のように確定することができる。
図13に示すように、完全ねじ部S1に属する半径Rn+1の谷と不完全ねじ部S2に属する半径Rnの谷とは1ピッチP分だけZ軸位置がずれている。そして、図から明らかなように(RS-Rn)/ΔZ=(Rn+1-Rn)/Pの関係があり、これからΔZ=P(Rn+1-Rn)/(RS-Rn)となる。従って、半径Rnとなった谷のZ軸位置からΔZを差引けば、実際の境界の位置が求まる。そして、この値から更にねじ穴WHの開口SOのZ軸位置を差引けば、完全ねじ部S1のねじ長SLが算出できる。
【0079】
なお、図13では谷部深さが直線的に変化する場合を示したが、この変化は他の関数、例えば指数関数的に変化するものであってもよい。
更に、これらの関係はテーブルに予め格納しておき、適宜参照できるようにしてもよい。
以上により、ねじ形状WSのドリル下穴の深さSM、完全ねじ部S1のねじ長SL、完全ねじ部S1のねじ有効径SD、ねじ形状WSの中心軸線S4の位置SPが全て測定できたことになる。
【0080】
このような本実施形態によれば次に示すような効果がある。
すなわち、三次元測定機10により通常のワークW表面の形状測定を行うことができる。つまり、プローブ13、スタイラス134,135に至るプローブ群は既存の構成であり、通常のワークW表面の形状測定動作を妨げるものではない。
【0081】
一方、ワークWに形成されたねじ形状WSについても、同じ装置のままねじ形状の各種特性値の測定を行うことができる。
すなわち、軸合わせ工程により、倣いプローブがワークW表面のねじ形状WSに対して、その軸線方向に倣い方向が合わせられた所定の姿勢でセットされる。そして、倣い測定工程により、ねじ形状WSが倣い測定される。さらに、演算工程により、倣い測定によるデータから、ねじ形状WSの各特性値を演算することができる。
【0082】
従って、三次元測定機10を用いて、通常のワークW表面の形状測定から、従来は別途作業が必要だったねじ形状WSの測定までをシームレスに実行することができ、製造ライン等でのインライン測定を行うことも可能となる。
【0083】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、以下に示す変形等も本発明に含まれるものである。
すなわち、前記実施形態では、測定するねじ形状WSの特性値として、ドリル下穴の深さSM、完全ねじ部S1のねじ長SL、完全ねじ部S1のねじ有効径SD、ねじ形状WSの中心軸線S4の位置SPの4つを設定したが、他の特性値を選択してもよい。
【0084】
すなわち、前記実施形態では専らワークの設計データから得たピッチPを用いていたが、倣い測定軌跡WS1の直線近似で得られた近似軌跡WS2(図12参照)におけるねじ山側の交点あるいは谷側の交点の位置から正確なピッチP'を求めてもよい。
また、同じく近似軌跡WS2において、ねじ山側の交点あるいは谷側の交点の交叉角度からねじ山角度を求めても良い。
【0085】
前記実施形態においては、座標系の設定(処理ST1)の後、既存方法による中心座標の仮測定(処理ST2)を行ったが、これは適宜省略してもよい。省略した場合、ワークWの設計データを代用する等ができる。
【0086】
また、前記実施形態では、4回のポイント測定の前に倣い動作1(処理ST5)を行い、その後にねじ長測定のための倣い動作2(処理8)を行ったが、これは兼用してもよい。例えば、先にねじ長測定を行い、後でポイント測定を行ってもよい。あるいは、ポイント測定の前の倣い動作1を省略してもよい。この場合、ワークWの設計データを参照する等によりねじ谷を探る等すればよい。
【0087】
更に、前記実施形態では各測定動作の都度、各特性値を演算するようにしたが、全ての測定動作を行った後に一括して演算工程を実施してもよい。
また、前記実施形態ではねじ穴の内側のねじ形状の測定を行ったが、ねじ軸の外側のねじ形状の測定を行ってもよい。
【0088】
また、前記実施形態ではスタイラスを穴の奥から開口側へ戻る形で倣い動作を行ったが、開口側から奥側へ向けて倣い動作を行うようにしてもよい。
図14ないし図16には本発明の他の実施形態が示されている。
図16に示すように、本実施形態では前記実施形態と同じ装置構成を用いるが、スタイラス135はねじ穴WHの開口SO側から内部へと向う倣い動作を3回繰返してねじ形状WSの測定を行うようになっている。
【0089】
図14において、座標系の設定(処理ST31)、スタイラス軸線の設定(処理ST32)は前記実施形態と同様である。続く倣い測定開始位置への移動(処理33)は、ねじ穴WHの開口SOのやや上方にスタイラス135を配置する。この開始位置から、続く3回の倣い測定(処理ST34〜ST36)を行う。
【0090】
図15において、各倣い測定においては、先ずスタイラス135をねじ穴WHの開口SOのやや上方に配置する(処理ST41)。次に、スタイラス135をワークWに近接させ(処理ST42)、ねじ穴WHの周辺のワークWの表面W1に倣い測定する接触部136を当接させる(処理ST43)。そして、当接状態のままスタイラス135をねじ穴WHの中心向きに移動させ(処理ST44)、接触部136がねじ穴WHの開口SOに達するまで続ける(処理ST45)。
【0091】
続いて、接触部136をねじ穴WHのねじ形状WSに当接させたまま、スタイラス135をねじ穴WHの中心軸線S4(図3参照)に沿って下降させ、ねじ形状WSの輪郭を倣い測定する(処理ST46)。この倣い測定は、不完全ねじ部F2(図3参照)が検出されるまで続ける。
【0092】
ここで、不完全ねじ部F2の検出は、倣い測定における輪郭データの径方向の値の変動が一定以下になった時(ねじ山ねじ谷の高さが小さくなった時)に検出と判定する(処理ST47)。不完全ねじ部が検出されたら、スタイラス135をねじ穴WHの中心に寄せ、外へ引出す(処理ST48)。
【0093】
これら3回の倣い測定の後、ねじ形状の各特性値を演算する(処理ST37)。ここでは、倣い測定によりねじ形状WSのねじ長SL、ねじピッチP'の他、周方向に3点の位置を測定することで中心軸線S4の位置や傾き等も検出可能できる。
【0094】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、一般的な三次元測定機を利用してねじ形状の各種特性値の測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の装置構成を示す斜視図。
【図2】前記実施形態のプローブを示す分解斜視図。
【図3】前記実施形態のねじ穴を示す模式断面図。
【図4】前記実施形態の基本工程を示すフローチャート。
【図5】前記実施形態の倣い動作を示すフローチャート。
【図6】前記実施形態のポイント測定を示すフローチャート。
【図7】前記実施形態のドリル下穴深さ測定を示す模式断面図。
【図8】前記実施形態の倣い動作を示す模式断面図。
【図9】前記実施形態のポイント測定を示す模式断面図。
【図10】前記実施形態のポイント測定を示す模式平面図。
【図11】前記実施形態の有効径の演算を示す模式断面図。
【図12】前記実施形態の完全ねじ部境界の演算を示す模式平面図。
【図13】前記実施形態の完全ねじ部境界の演算を示すグラフ。
【図14】本発明の他の実施形態の基本工程を示すフローチャート。
【図15】前記他の実施形態の倣い動作を示すフローチャート。
【図16】前記他の実施形態の倣い動作を示す模式斜視図。
【符号の説明】
10 三次元測定機
11 三次元測定機本体
12 ホストコンピュータ
13 プローブ
131 回転プローブヘッド
134 標準スタイラス
135 十字スタイラス
136 接触部
W ワーク
WH ねじ穴
WS ねじ形状
W1 ワーク表面
SO 開口
S1 完全ねじ部
S2 不完全ねじ部
S3 ドリル下穴
S4 中心軸線
SP 中心軸線の位置
SM ドリル下穴深さ
SL ねじ長
SD 有効径[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a screw shape measuring method, and more particularly, to a screw shape measuring method that enables a characteristic value of a screw shape to be measured using a general three-dimensional measuring machine.
[0002]
[Background]
Conventionally, a three-dimensional measuring machine is often used for measuring the shape of the surface of an article or the like.
In the three-dimensional measuring machine, an article or the like (work) whose shape is to be measured is placed on a table, and a stylus at the tip of a probe that moves relative to the table in three dimensions is brought into contact with the work surface. Then, the three-dimensional shape of the workpiece surface can be accurately captured by sequentially repeating the reading of the three-dimensional coordinate position of the contact point.
[0003]
In such a three-dimensional measuring machine, conventionally, in addition to the general shape measurement of the workpiece surface, the measurement of the inner diameter and the central axis position of the hole formed in the workpiece surface has been performed. Further, with respect to the screw holes formed on the workpiece surface, the measurement of the position of each central axis or the measurement of the distance between the axes of a plurality of screw holes is also performed (Japanese Patent Laid-Open No. 6-341826, etc.)
[0004]
Regarding the screw shape (screw hole = female screw, screw shaft = male screw), there are various parameters (characteristic values) that define the screw shape characteristics in addition to the central axis position. For example, thread pitch, effective thread diameter, thread angle, threading length, and the like.
Conventionally, various measuring methods are known as techniques for measuring the characteristic values of these screw shapes.
[0005]
For example, by measuring the thread pitch, thread height, thread diameter, thread taper, etc. by moving an optical displacement sensor in the axial direction with respect to the thread shape and measuring the thread contour in a non-contact manner. (Japanese Patent Laid-Open No. 62-27607, Japanese Patent Laid-Open No. 9-264719, etc.). In addition, a technique is also known in which a screw shape is accurately measured by contact measurement of an axial contour of a screw shape instead of non-contact, and further by measuring a shape along a screw groove (Japanese Patent Laid-Open No. 55-113907). Such).
[0006]
As a technique for measuring the effective diameter of the screw shaft, a three-needle measurement method has been conventionally known. This is done by placing two needles on one side of the screw shaft and one needle on the opposite side so that each needle fits in the screw groove, and holding the needle on each side with a micrometer spindle to obtain a known needle diameter. Based on this, a screw effective diameter is calculated from a predetermined arithmetic expression. For this purpose, dedicated three-needle gauges, three-needle adapters, and three-needle measurement bases have been developed. These three-needle type measurements are stipulated in JIS B 0271.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, although there are various measurement techniques for the characteristic value of the screw shape, the measurement of the screw shape as part of the shape measurement using a general three-dimensional measuring machine has not been performed.
This is because existing probe and stylus hardware is not suitable for performing various screw shape measurements using a coordinate measuring machine, and for measuring various screw shapes in operation programs. This is because no command or measurement algorithm was prepared.
However, since the introduction of a three-dimensional measuring machine has been advanced for in-line measurement in the product manufacturing process, there has been a demand for automatic measurement of various screw shapes by the three-dimensional measuring machine.
[0008]
An object of the present invention is to provide a screw shape measuring method capable of measuring various characteristic values of a screw shape using a three-dimensional measuring machine.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
(Basic configuration) The present invention is a screw shape measuring method for measuring a screw shape using a three-dimensional measuring machine, and a three-dimensional measuring machine to which a workpiece having a screw shape to be measured is attached, and this tertiary Using a scanning probe mounted on the former measuring machine and a stylus having a contact portion mounted on the scanning probe and in contact with the workpiece, the surface of the workpiece at a position where the central axis depth of the screw shape is zero is determined. assuming as a reference plane of the thread profile, alignment of the normal of the assumed reference surface determined as the center axis of the thread profile, combining the scanning measurement axis of the scanning probe above the central axis of the determined thread form A scanning measurement step of moving the scanning probe along the scanning measurement axis while bringing the stylus into contact with the screw shape, and measurement data obtained by the scanning measurement. Anda calculation step of calculating the various characteristic values of the thread profile, the scanning measurement step, you and performs the copying operation in each along the axis for a plurality of locations in the circumferential direction of the thread form.
[0010]
(Elements of basic configuration)
The screw shape to be measured may be any of a screw hole (female screw) and a screw shaft (male screw). Further, in addition to normal screw holes and screw shafts, a partial screw for a half circumference may be used.
For the central axis of the screw shape in the axis alignment step, workpiece design data may be referred to, or provisional measurement may be performed by other measurement operations.
When calculating each characteristic value, the calculation process may be performed in parallel with the scanning measurement process, or after performing the scanning measurement process for a certain characteristic value, the calculation process for the characteristic value is performed, and then another characteristic value is calculated. After performing the scanning measurement process for the value, the characteristic value calculation process may be performed.
[0011]
As the scanning probe, if an existing scanning measurement probe used to perform so-called scanning measurement, which measures the contour shape of the surface by sliding the attached stylus while making contact with the surface to be measured, is used. Good.
As the stylus, an existing one having a spherical contact portion at the tip may be used. At this time, not only one having a single contact portion, but also one having a plurality of contact portions with its tip branched in a branch shape, such as a cross-shaped stylus, may be used.
[0012]
As the three-dimensional measuring machine, an existing one in which the table on which the workpiece is placed and the probe mounting portion are relatively moved in three dimensions can be used.
In order to make the coordinate measuring machine execute each process, it is used as a control means between the host computer used for controlling the operation of the coordinate measuring machine and data processing, and between the host computer and the coordinate measuring machine. An existing device used for controlling the coordinate measuring machine, such as a controller for operating the coordinate measuring machine based on an operation command from the host computer, may be used.
The operation program for executing each process may be created externally and loaded into the control means by an existing information recording medium such as a magnetic tape or disk, or by online communication.
[0013]
(Effects of basic configuration)
In the present invention as described above, the shape of the normal workpiece surface can be measured by a three-dimensional measuring machine or stylus. That is, the probe group leading to the scanning probe and the stylus has an existing configuration and does not hinder a normal workpiece surface shape measurement operation. On the other hand, with respect to the screw shape formed on the workpiece, various characteristic values of the screw shape can be measured with the same apparatus.
[0014]
That is, in the axis alignment step, the scanning probe is set in a predetermined posture in which the scanning direction is aligned with the axial direction of the thread shape on the workpiece surface. Then, the thread shape is measured by the scanning measurement process. Furthermore, characteristics such as screw pitch, thread angle, thread cutting depth, and the like can be calculated from the data obtained by scanning measurement through the calculation process.
[0015]
Therefore, using a three-dimensional measuring machine, it is possible to seamlessly carry out everything from normal workpiece surface shape measurement to screw shape measurement, which previously required separate work, and in-line measurement on a production line, etc. It is also possible.
[0016]
(Regarding the alignment process)
In the present invention, before the axis alignment step, each of a machine coordinate system set for the coordinate measuring machine, a workpiece coordinate system set for the workpiece, and a probe coordinate system set for the scanning probe and the stylus It is desirable to perform a coordinate alignment process for adjusting the relative relationship between the two.
[0017]
The machine coordinate system is a coordinate system set on a table or the like of a coordinate measuring machine, and the coordinate measuring machine operates based on this coordinate system. In order to calibrate a coordinate system such as a probe to be exchanged as appropriate to this machine coordinate system, for example, a spherical calibration point is set on the table. The coordinate system can be calibrated by contacting such a calibration point from a plurality of directions.
[0018]
The work coordinate system is a coordinate system set for a work, and the design data generally takes a coordinate system unique to the work. When a workpiece is placed on a table of a coordinate measuring machine and measurement is performed, the position of each part of the workpiece needs to be expressed in a machine coordinate system. Here, if each axis of the workpiece XYZ coincides with each axis direction of the machine coordinate system of the coordinate measuring machine, the machine coordinate value of the workpiece coordinate origin may be added or subtracted as a simple offset. On the other hand, if each of the XYZ axes of the workpiece is inclined with respect to the direction of the machine coordinate system, conversion including a rotation component is necessary, but in any case, integration can be performed by existing arithmetic processing.
[0019]
The probe coordinate system represents the position of the contact portion that is specified relative to the reference position of the probe mounting portion of the coordinate measuring machine, and the origin position of the current probe coordinate system in the machine coordinate system and the probe coordinate system. From the contact part coordinate value, the coordinate value of the contact part in the machine coordinate system is obtained. As in the case of the workpiece coordinate system, simple addition and subtraction are sufficient when the directions of the axes are the same, but if the axis is tilted or rotating around the axis, calculations including angles are required. Become.
[0020]
Furthermore, the following can be said about the alignment process.
First, the scanning measurement axis of the scanning probe is a scanning movement direction when the scanning probe performs scanning measurement. The scanning measurement axis can be specified based on the rotation angle and tilt angle of the rotary probe head and the moving position of the coordinate measuring machine. That is, if the initial state of the probe coordinate system is confirmed with respect to the machine coordinate system of the coordinate measuring machine, the position and orientation of the stylus thereafter can be uniquely determined.
[0021]
On the other hand, the central axis of the screw shape can be specified from the workpiece coordinate system corresponding to the workpiece design data and the machine coordinate system of the coordinate measuring machine. That is, the offset (three-axis displacement and inclination) between the workpiece coordinate system and the machine coordinate system is determined by the fixed state of the workpiece in the machine coordinate system of the coordinate measuring machine. The center axis of the screw shape in the machine coordinate system can be calculated by combining the center axis (position and direction).
Thus, if each axis is converted into a machine coordinate system, the operation for matching each axis can be appropriately performed by existing techniques.
[0022]
It should be noted that a screw-shaped reference surface can be assumed at a position of depth 0 of the screw-shaped central axis. At this time, the screw-shaped central axis is the screw-shaped reference surface normal.
Usually, since the screw shape is carved perpendicularly to the surface of the workpiece, the screw-shaped reference surface is parallel to the surface of the workpiece, and the opening surface where the screw shape has a depth of 0, that is, the workpiece surface becomes the reference surface. Therefore, the normal direction perpendicular to the surface of the thread shape forming part of the workpiece is generally a screw-shaped axis, and the screw-shaped axis direction can be determined from the shape of the workpiece surface. However, for a screw shape inclined from the workpiece surface, the reference plane does not coincide with the workpiece surface, and it is desirable to determine the axial direction from design data or the like.
[0023]
(Regarding the scanning measurement process)
In the present invention, it is desirable that the scanning measurement step performs a scanning operation along an axis at each of a plurality of circumferential locations of the screw shape.
The following forms can be selected as the copying operation.
[0024]
When targeting screw holes, a method of proceeding from the opening side to the back and a method of proceeding to the tip (bottom) first and returning to the opening can be employed.
Specifically, as the former, first, the stylus is brought into contact with the periphery of the screw hole opening of the work, and in this state, the stylus is moved to the inside of the screw hole to enter the screw hole. Then, following the screw shape of the inner peripheral surface, the copy is moved to the tip of the screw hole. As the latter, first, a stylus is inserted along the central axis into the tip (bottom surface) of the screw hole of the workpiece, and the outer side is brought into contact with the screw shape of the inner peripheral surface. Then, it is moved along the central axis to the opening.
[0025]
When targeting the screw shaft, a method of proceeding from the root side toward the tip and a method of proceeding to the tip first and returning to the root can be employed.
Specifically, as the former, first, the stylus is brought into contact with the work surface around the root of the screw shaft, and is brought into contact with the screw shape toward the inside. Then, it is moved along the screw shaft to the tip.
[0026]
On the other hand, as the latter, first, a stylus is arranged in the vicinity of the outer periphery of the tip of the screw shaft and brought into contact with the outer peripheral surface. Then, it is moved along the screw shaft to the root.
As a plurality of places where the copying operation is performed, for example, 3 to 4 places at an interval of 90 degrees are appropriate. If the number is less than three, the calculation is difficult, and if the number is more than four, the man-hours increase.
[0027]
When the copying operation is performed toward the bottom surface of the screw hole, it is preferable that the copying operation is finished at a position where a screw-shaped incomplete screw portion starts.
At this time, it is preferable that the end of the complete thread portion is determined to be ended when the change in the thread-shaped contour data detected during the copying operation becomes a certain width or less.
[0028]
When copying along the root of the screw shaft, the length of the screw-shaped complete screw part should be stored in advance by referring to the design data of the workpiece, and when it has moved by this length, it should be decelerated, etc. Is desirable.
In this way, obstacles such as collision of the stylus against the bottom surface of the screw hole and the workpiece surface can be avoided in advance.
[0029]
The following can be said about the above-described calculation process.
It is preferable that the calculation step includes an incomplete screw portion determination process for determining an incomplete screw portion from a change in thread depth of a screw portion or a change in screw pitch of measurement data obtained by the scanning measurement.
[0030]
In general, the screw shape can be classified into a complete screw portion continuing from the base (near the opening of the screw hole, the root of the screw shaft) and an incomplete screw portion existing near the tip. Since the characteristic value of the screw shape measured in the present invention is an original screw shape, it is desirable that the complete screw portion is a measurement target and information on the incomplete screw portion is not included. Further, since the screw length is the length of the complete thread portion, in order to take this value, it is essential to determine the incomplete thread portion.
[0031]
The incomplete thread portion determination processing is performed by approximating the incomplete thread portion based on a function or a numerical table obtained in advance from a change in the thread root depth or a change in the screw pitch in the screw shape axial direction. It is desirable to determine the starting point.
In this way, the boundary of the complete thread portion can be defined by proportional calculation or the like for a continuous thread shape, and the effective screw length can be measured by determining the section of the complete thread portion. .
[0032]
The calculation step takes out the measurement contour shape of the screw portion from the measurement data by the scanning measurement, takes out the approximate contour shape by approximating the screw slope portion with a straight line in the measurement contour shape, and calculates the screw pitch from the approximate contour shape, It is desirable to include approximate contour shape processing for determining the thread angle and threading depth.
In this way, it is possible to easily measure various characteristic values of the screw shape such as the screw pitch, the screw thread angle, and the thread cutting depth.
[0033]
In the calculation step, the measurement contour shape of the screw portion is extracted from the measurement data obtained by the scanning measurement, and the approximate contour shape is extracted by approximating the screw slope portion with a straight line in the measurement contour shape. It is desirable to include an effective diameter calculation process in which a virtual circle as an alternative to the method needle is brought into contact and the effective diameter of the screw shape is calculated by the conventional three-needle method.
In this way, the effective diameter of the screw shape can be easily measured.
[0034]
(Regarding the probe)
In the present invention, the scanning probe is preferably attached to the coordinate measuring machine via a rotating probe head, and the rotating probe head is tilted so that the axis of the stylus is aligned with the scanning axis in the axis alignment step.
[0035]
As a rotating probe head, the base can be mounted on the probe mounting portion of the coordinate measuring machine, other probes can be mounted on the tip, and the tip can be rotated or rotated in any direction with respect to the base. What is necessary is just to use the existing thing which became. Usually, a probe having two degrees of freedom that can be rotated around the mounting axis of the probe mounting portion and can be tilted from 0 to 90 degrees with respect to this axis.
[0036]
In the present invention, it is desirable to use a branched stylus having a contact portion branched to the side in the scanning measurement step.
As the branch stylus, for example, a cross contact having a contact portion at each tip branched into a cross shape can be used.
[0037]
In this way, for example, when measuring a plurality of locations on the inside of the screw shape, an auxiliary operation such as rotating the stylus according to the measurement location by using the closest contact portion at each measurement location. Can be omitted. In addition, a standard stylus having only one spherical contact portion at the tip of a normal linear shaft portion can be used on the outer periphery of the screw shaft, and a stylus with a tip bent into an L-shape is used. Measurement in screw holes is possible.
[0038]
In the present invention, prior to performing the scanning measurement step using the branching stylus, the direction in which the contact portion of the branching stylus protrudes coincides with the direction of contour variation detected by the scanning measurement. It is desirable to adjust.
Such an operation can be easily executed by using the rotary probe head described above. Alternatively, it can be realized by re-gripping from the tool stocker without a rotating probe head.
In this way, it is possible to execute a measurement operation with an optimum posture for the scanning measurement.
[0039]
At this time, it is desirable that the stylus in the tool stocker is always held so that the axial direction of each stylus is in a predetermined posture corresponding to the axial direction of the CMM when mounted on the CMM. .
[0040]
In this way, when using a branching stylus having a contact portion branched in a specific direction, the protruding side of the contact portion can be reliably identified from the coordinate system of the coordinate measuring machine, and the specific side of the screw shape can be identified. A reliable response can be taken in the copying measurement.
However, even in this case, it is desirable that the direction check with the calibration point and the like and the direction adjustment with the rotary probe head or the like be surely performed after mounting.
[0041]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a three-dimensional measuring machine 10 capable of measuring a screw shape according to the present invention.
The coordinate measuring machine 10 includes a coordinate measuring machine main body 11 and a host system 12 for fetching necessary measurement values from the coordinate measuring machine main body 11 and processing them.
[0042]
The three-dimensional measuring machine body 11 is configured as follows.
That is, a surface plate 112 (table) is placed on the vibration isolation table 111 so as to coincide with a horizontal surface with the upper surface as a base surface, and arm supports 113 and 114 erected from both side ends of the surface plate 112. An X-axis guide 115 is supported on the upper end of the X-axis.
[0043]
The arm support 113 is arranged such that its lower end is movable in the Y-axis direction along the Y-axis guide 116, and the arm support 114 is moved in the Y-axis direction on the surface plate 112 by the air bearing. Supported as possible.
[0044]
The X-axis guide 115 guides a Z-axis guide 117 extending in the vertical direction in the X-axis direction. A Z-axis arm 118 is provided on the Z-axis guide 117 so as to move along the Z-axis guide 117, and a contact type probe 13 is attached to the lower end of the Z-axis arm 118.
[0045]
The probe 13 continuously contours by following an existing touch trigger probe that outputs a contact detection signal to the host system 12 when it contacts the workpiece W placed on the surface plate 112 or in a contact state. A scanning probe or the like that is output in this manner, and X, Y, Z axis coordinate values at the time of contact or continuous scanning measurement data is sent to the host system 12 for definition calculation processing.
[0046]
As will be described later, the probe 13 is connected to the Z-axis arm 118 via a rotating probe head, and the tip stylus can be appropriately replaced. At this time, in order to suppress a variation error for each replaced stylus, the coordinate measuring machine 11 performs a calibration operation every time the stylus is replaced. For this purpose, calibration points 119 are installed at the corners of the surface plate 112.
[0047]
The calibration point 119 has a spherical tip, and its center position and radius have been accurately measured. Accordingly, when the stylus is exchanged, the error of each stylus can be calculated by the measurement of the calibration point 119 and the correction can be made accordingly. Thereby, the coordinate alignment between the machine coordinate system defined in the coordinate measuring machine 10 and the probe coordinate system set in the probe 13 or the stylus is performed.
[0048]
The host system 12 is configured as follows.
That is, the host system 12 includes a host computer 121, a monitor 122, a printer 123, and a keyboard 124.
The host computer 121 includes an existing software program that calculates the shape data of the workpiece W from the signal from the probe 13, and can execute these appropriately to perform predetermined calculation processing.
[0049]
Specifically, when the probe 13 is a touch trigger probe, the current position coordinate value of the coordinate measuring machine main body 11 is read based on the contact signal, and the coordinate position of the contact portion at the tip of the probe 13 is determined. This value is the position of the surface of the workpiece W with which the probe 13 is in contact.
When the probe 13 is a scanning probe, the coordinate measuring machine main body 11 is caused to execute a predetermined scanning operation, and measurement data from the probe 13 is continuously monitored and recorded as a contour shape. Thereby, the outline shape of the specific part of the workpiece | work W can be measured.
[0050]
FIG. 2 shows the probe 13.
As described above, the probe 13 of this embodiment is attached to the Z-axis arm 118 via the rotating probe head 131. As described above, as the probe 13, a touch trigger probe or a scanning probe is appropriately selected.
[0051]
The rotary probe head 131 is rotatable so that the probe 13 is inclined from 0 degrees to 90 degrees around the rotation axis 132 (A direction in the figure). Further, the main body portion is rotatable 360 degrees with respect to the connecting shaft 133 with respect to the Z-axis arm 118 (direction B in the figure).
As the stylus mounted on the probe 13, a linear standard stylus 134 or a cross stylus 135 having branches in four directions is appropriately selected. Each stylus includes a spherical contact portion 136 at the tip.
[0052]
The probe 13 and the stylus 134 and 135 described above are appropriately replaced based on an operation command from the host computer 12. Further, the probe 13 and the stylus 134 and 135 that are selectively used can be automatically replaced by preparing them in a tool stocker arranged within the moving range of the coordinate measuring machine main body 11 (not shown in FIG. 1). ).
[0053]
Next, the measurement of the screw shape performed using the coordinate measuring machine 10 will be described.
FIG. 3 shows the characteristic values of the screw shape measured in this embodiment.
In FIG. 3, a screw hole WH is formed on the surface W1 of the workpiece W, and a screw shape WS is formed on the inner periphery thereof. The thread shape WS has a complete thread S1, an incomplete thread S2, and a drill pilot hole S3 from the opening SO to the back. Here, the depth SM of the drill pilot hole, the thread length SL of the complete thread portion S1, the effective thread diameter SD of the complete thread portion S1, and the position SP of the center axis S4 of the thread shape WS are characteristic values to be measured. .
[0054]
In order to measure these characteristic values, a series of processes shown in FIGS. 4, 5, and 6 are executed in this embodiment. These processes are executed by the coordinate measuring machine main body 11 operating according to an operation command based on a program executed by the host computer 12.
[0055]
First, the coordinate system is set (processing ST1).
In this process, with the touch trigger probe that is normally used and the standard stylus 134 mounted, the machine coordinate system and the probe coordinate system are aligned by the calibration point 119 described above, and then a predetermined surface portion of the workpiece W is obtained. Measure several points. That is, the surface portion of the workpiece W is known in advance based on the design data, but the measured value of each point changes according to the mounting state of the workpiece W on the surface plate 112. Therefore, the calibration value is calculated from the measurement values at a plurality of points here, and the measurement values of each part of the workpiece W thereafter are corrected.
[0056]
Next, provisional measurement of the center coordinate SP ′ of the thread shape WS of the workpiece W is performed (processing ST2).
In this process, an existing thread measurement macro command or the like is used. Specifically, the conventional screw shaft position measuring method described above is used. By this processing, the position SP ′ of the central axis S4 of the thread shape WS is provisionally measured.
When the provisional position SP ′ of the central axis S4 is obtained, the drill pilot hole depth SM, which is one of the characteristic values to be measured, is measured (processing ST3).
In this process, the probe 13 is first exchanged from a touch trigger probe to a scanning probe. The stylus is a standard stylus 134. After replacement, calibrate at calibration point 119.
[0058]
In this state, the probe 13 is moved, the stylus 134 is introduced into the screw hole WH, and lowered along the central axis S4, so that the contact portion 136 at the tip is brought into contact with the bottom center S5 as shown in FIG. The moving distance to the contact may be roughly determined with reference to the design data of the workpiece W.
When the contact portion 136 of the stylus 134 is in contact with the bottom center S5, X = (d / 2) tanθ-r / cosθ is the drill pilot hole portion as the radius r of the contact portion 136 and the inner diameter d of the drill pilot hole portion S3. The distance from the lower end of S3 to the center of the contact portion 136. Therefore, the depth SM of the drill pilot hole is obtained by subtracting X from the coordinate position in the direction of the central axis S4.
[0059]
Next, the process moves to the main measurement of the center coordinate SP of the thread shape WS, which is the characteristic value of the measurement target, and the measurement of the effective diameter SD.
First, the standard stylus 134 is removed from the probe 13 serving as a scanning probe, and the cross stylus 135 is attached. Once installed, calibrate at calibration point 119. At the same time, the posture of the stylus 135 is adjusted. Specifically, the orientation of the stylus 135 is adjusted so that the contact portions 136 on the + Y axis side, the −Y axis side, the + X axis side, and the −X axis side of the stylus 135 correctly face each axial direction of the machine coordinate system.
In this state, the rotary probe head 131 is operated to align the scanning axis of the probe 13 with the central axis S4 of the screw hole WH. For the central axis S4, the design data value of the workpiece W is referred to (process ST4).
[0060]
In this state, the copying operation of the thread shape WS on the inner periphery of the screw hole WH is performed (processing ST5). Details of the copying operation are shown in FIG.
That is, the stylus 135 is arranged at the opening center position of the screw hole WH (process ST11), introduced into the screw hole WH, and then lowered (moved to the back side) along the central axis S4 (process ST12). Based on the design data of the workpiece W or the previously measured drill pilot hole depth SM, the contact portion 136 is decelerated when it reaches the vicinity of the bottom of the screw hole, and when it reaches the bottom surface, the movement is stopped (processing ST13).
[0061]
Subsequently, it is moved in the radial direction in the direction of any one of the contact parts 136 (for example, + Y direction) (process ST14), and stopped when the contact part 136 contacts the screw shape WS (process ST15). In this state, the stylus 135 is raised (moved toward the opening side) along the central axis S4 (processing ST16), and when the screw hole opening SO is reached (processing ST17), the stylus 135 is taken out of the screw hole WH (processing). ST18). Among these, the contour data of the thread shape WS is measured during the process ST16.
[0062]
A series of these operations is as shown in FIG. In FIG. 8, each arrow indicates the locus of the contact portion 136.
As a result, the contour in one direction (+ Y direction) of the thread shape SW is temporarily measured, and the peaks and valleys from the opening SO in this direction are grasped.
[0063]
Returning to FIG. 4, in order to measure the effective diameter SD and the center position SP of the screw hole WH, the point measurement is repeated four times at intervals of 90 degrees in each of the + Y, -Y, + X, and -X directions (processing ST6). ). Details of this point measurement are shown in FIG.
[0064]
In other words, the stylus 135 is placed at the center of the opening of the screw hole WH (process ST21), introduced into the screw hole WH, lowered (moved to the back side) along the center axis S4, and first selected in process ST14. The same contact portion 136 (here, the + Y direction) as that moved moves from the screw hole opening SO to the Z-axis position that is the fourth valley (processing ST22).
[0065]
In this state, the previous contact portion 136 in the + Y direction is moved in the corresponding + Y direction, and is brought into contact with the opposing valley of the thread shape WS, and the position thereof is measured (processing 23).
Next, the stylus 135 is returned to the center, and the Z-axis position is lowered by a quarter pitch (processing ST24). The thread pitch P at this time uses the design data of the workpiece W. In this state, the adjacent + X direction contact part 136 is moved in the corresponding + X direction, and is brought into contact with the opposing valley of the thread shape WS, and the position thereof is measured (processing 25).
[0066]
At this time, the Z-axis position is shifted by P / 4. Therefore, the contact portion 136 in the + X direction enters a screw valley that is continuous with the screw valley in which the contact portion 136 in the + Y direction is first inserted.
By repeating these radial movements and Z-axis P / 4 movements at the center, point measurement in the -Y direction and -X direction is also sequentially performed (processing ST26 to ST29). When the point measurement in the + X direction is completed, the stylus 135 is taken out of the screw hole WH (processing ST30).
[0067]
A series of these operations is as shown in FIGS. In each figure, each circle indicates the position of each process of the contact portion 136, and each arrow indicates the locus of the contact portion 136.
As a result, the four directions of + Y, -Y, + X, and -X, that is, the points for one round every 90 degrees are measured with respect to the series of thread valleys of the thread shape SW.
[0068]
Returning to FIG. 4, the host computer 12 calculates the point data in the four directions + Y, -Y, + X, and -X related to the series of thread valleys of the thread shape SW measured as described above. The effective diameter SD and the center position SP are grasped (process ST7).
[0069]
The calculation of the effective diameter SD of the screw hole WH is performed as follows by applying a known three-needle calculation method used for the screw shaft to the screw hole.
First, since the center coordinates of the contact portion 136 in the four contact states are obtained from the four points measured point data, the diameter SD1 of one circle passing through the center coordinates is obtained. Here, assuming that the radius r of the contact portion 136, the nominal pitch P of the screw, the angle α of the thread, and the height h0 of the thread are as shown in FIG.
That is, the distances h1, h3, and h in the figure are as follows.
[0070]
[Expression 1]
Figure 0004208357
[0071]
Therefore, the effective diameter SD of the screw hole WH is as follows.
[0072]
[Expression 2]
Figure 0004208357
[0073]
Next, in order to measure the screw length SL of the inner periphery of the screw hole WH, the copying operation of the screw shape WS is performed (processing ST8). The details of the copying operation are the procedure shown in FIG.
Then, based on the scanning measurement data obtained here, the boundary position between the incomplete screw portion S2 and the complete screw portion s1 of the screw shape WS is determined, and thereby the screw length SL is set as the length of the complete screw portion S1. Calculate (process ST9).
[0074]
Specifically, the following calculation procedure is adopted.
In FIG. 12, the thread shape WS has an incomplete thread portion S2 below the complete thread portion S1, and a drill pilot hole S3 continues further below. The scanning measurement trajectory WS1 is obtained by sequentially recording the center position of the contact portion 136 in the previous scanning operation.
[0075]
By linearly approximating the scanning measurement trajectory WS1, a linear approximate trajectory WS2 along the slope of each thread is calculated. The intersections on the crest and trough sides of the approximate locus WS2 do not include machining errors, roundness deformation, and the like, so that the positions can be determined with higher accuracy than the actual thread crest and thread trough tips. Then, the distance (= radius Ri) from the central axis S4 of the intersection on the valley side among the intersections is sequentially calculated.
[0076]
Here, if it is 90% or more of the nominal thread outer diameter R0, it is defined as a complete thread part F1, and if it is less than that, it is defined as an incomplete thread part F2. That is, the true boundary radius RS ′ = R0 × 0.9. The distance from the central axis S4 of the center position of the contact portion 136 (radius r) with respect to the corresponding thread valley is assumed to be a temporary boundary radius RS = RS′−r.
[0077]
Based on such a temporary boundary radius RS, if the radius Ri of the intersection of the valleys calculated earlier is evaluated, for example, if the radius Rn + 1 or larger is larger than the temporary boundary radius RS, and if Rn or smaller is smaller than the temporary boundary radius RS, , There will be an actual boundary between the two valleys.
[0078]
The actual Z-axis position of the boundary can be determined as follows.
As shown in FIG. 13, the Z-axis position is shifted by one pitch P between the valley of radius Rn + 1 belonging to the complete screw portion S1 and the valley of radius Rn belonging to the incomplete screw portion S2. As is clear from the figure, there is a relationship of (RS−Rn) / ΔZ = (Rn + 1−Rn) / P, and from this, ΔZ = P (Rn + 1−Rn) / (RS−Rn). Therefore, if ΔZ is subtracted from the Z-axis position of the valley having the radius Rn, the actual boundary position can be obtained. Then, by subtracting the Z-axis position of the opening SO of the screw hole WH from this value, the screw length SL of the complete screw portion S1 can be calculated.
[0079]
Although FIG. 13 shows the case where the valley depth changes linearly, this change may change in another function, for example, an exponential function.
Further, these relationships may be stored in advance in a table so that they can be referred to as appropriate.
As a result, the drilling hole depth SM of the thread shape WS, the thread length SL of the complete thread portion S1, the effective thread diameter SD of the complete thread portion S1, and the position SP of the central axis S4 of the thread shape WS were all measured. become.
[0080]
According to this embodiment, there are the following effects.
That is, the surface shape of the normal workpiece W can be measured by the coordinate measuring machine 10. That is, the probe group extending from the probe 13 to the stylus 134, 135 has an existing configuration, and does not hinder a normal shape measuring operation on the surface of the workpiece W.
[0081]
On the other hand, with respect to the thread shape WS formed on the workpiece W, various characteristic values of the thread shape can be measured with the same apparatus.
That is, the scanning probe is set in a predetermined posture in which the scanning direction is aligned with the axial direction of the thread shape WS on the surface of the workpiece W by the axis alignment process. Then, the thread shape WS is copied and measured by the scanning measurement process. Furthermore, each characteristic value of the screw shape WS can be calculated from the data obtained by scanning measurement by the calculation process.
[0082]
Therefore, it is possible to seamlessly execute from the shape measurement of the normal workpiece W surface to the measurement of the screw shape WS, which conventionally required separate work, using the CMM 10, and inline on the production line etc. Measurement can also be performed.
[0083]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, The deformation | transformation etc. which are shown below are also included in this invention.
That is, in the embodiment, as the characteristic value of the thread shape WS to be measured, the drill pilot hole depth SM, the thread length SL of the complete thread portion S1, the effective thread diameter SD of the complete thread portion S1, the central axis of the thread shape WS Although the four positions SP of S4 are set, other characteristic values may be selected.
[0084]
That is, in the above-described embodiment, the pitch P obtained exclusively from the workpiece design data is used. However, in the approximate trajectory WS2 (see FIG. 12) obtained by linear approximation of the scanning measurement trajectory WS1, the intersection on the screw thread side or the trough side. You may obtain | require exact pitch P 'from the position of an intersection.
Similarly, in the approximate locus WS2, the thread angle may be obtained from the crossing angle of the thread side intersection or the valley side intersection.
[0085]
In the embodiment, after the coordinate system is set (processing ST1), the center coordinates are temporarily measured by the existing method (processing ST2). However, this may be omitted as appropriate. If omitted, the design data of the workpiece W can be substituted.
[0086]
In the above-described embodiment, the copying operation 1 (processing ST5) is performed before the four point measurements, and then the copying operation 2 (processing 8) for measuring the screw length is performed. Also good. For example, the screw length measurement may be performed first and the point measurement may be performed later. Alternatively, the copying operation 1 before the point measurement may be omitted. In this case, the thread valley may be searched by referring to the design data of the workpiece W.
[0087]
Furthermore, in the above-described embodiment, each characteristic value is calculated for each measurement operation. However, the calculation process may be performed collectively after all measurement operations are performed.
In the above embodiment, the measurement of the screw shape inside the screw hole is performed, but the measurement of the screw shape outside the screw shaft may be performed.
[0088]
In the above-described embodiment, the copying operation is performed with the stylus returning from the back of the hole to the opening side. However, the copying operation may be performed from the opening side to the back side.
14 to 16 show another embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 16, in this embodiment, the same apparatus configuration as that of the previous embodiment is used, but the stylus 135 repeats the copying operation from the opening SO side of the screw hole WH to the inside three times to measure the thread shape WS. To do.
[0089]
In FIG. 14, the setting of the coordinate system (processing ST31) and the setting of the stylus axis (processing ST32) are the same as in the above embodiment. In the subsequent movement to the scanning measurement start position (process 33), the stylus 135 is disposed slightly above the opening SO of the screw hole WH. From this starting position, the following three scanning measurements (processes ST34 to ST36) are performed.
[0090]
In FIG. 15, in each scanning measurement, first, the stylus 135 is disposed slightly above the opening SO of the screw hole WH (processing ST41). Next, the stylus 135 is brought close to the workpiece W (processing ST42), and the contact portion 136 that follows the surface W1 of the workpiece W around the screw hole WH is brought into contact (processing ST43). Then, the stylus 135 is moved toward the center of the screw hole WH while maintaining the contact state (process ST44), and is continued until the contact portion 136 reaches the opening SO of the screw hole WH (process ST45).
[0091]
Subsequently, with the contact portion 136 in contact with the screw shape WS of the screw hole WH, the stylus 135 is lowered along the central axis S4 (see FIG. 3) of the screw hole WH, and the contour of the screw shape WS is measured. (Processing ST46). This scanning measurement is continued until the incomplete thread portion F2 (see FIG. 3) is detected.
[0092]
Here, the detection of the incomplete thread portion F2 is determined to be detected when the variation in the radial value of the contour data in the scanning measurement becomes below a certain value (when the height of the thread thread valley becomes small). (Processing ST47). When the incomplete screw portion is detected, the stylus 135 is moved to the center of the screw hole WH and pulled out (processing ST48).
[0093]
After these three scanning measurements, each characteristic value of the screw shape is calculated (processing ST37). Here, in addition to the thread length SL and thread pitch P ′ of the thread shape WS by scanning measurement, the position and inclination of the central axis S4 can be detected by measuring the positions of three points in the circumferential direction.
[0094]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, various characteristic values of the screw shape can be measured using a general three-dimensional measuring machine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an apparatus configuration according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view showing the probe of the embodiment.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a screw hole of the embodiment.
FIG. 4 is a flowchart showing basic steps of the embodiment.
FIG. 5 is a flowchart showing the copying operation of the embodiment.
FIG. 6 is a flowchart showing point measurement of the embodiment.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing drill pilot hole depth measurement of the embodiment.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the copying operation of the embodiment.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing point measurement of the embodiment.
FIG. 10 is a schematic plan view showing point measurement of the embodiment.
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing calculation of an effective diameter of the embodiment.
FIG. 12 is a schematic plan view showing calculation of a complete thread boundary in the embodiment.
FIG. 13 is a graph showing calculation of a complete thread boundary in the embodiment.
FIG. 14 is a flowchart showing basic steps of another embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a flowchart showing a copying operation according to another embodiment.
FIG. 16 is a schematic perspective view showing the copying operation of the other embodiment.
[Explanation of symbols]
10 CMM
11 CMM body
12 Host computer
13 Probe
131 Rotating probe head
134 Standard stylus
135 Cross Stylus
136 Contact W Work
WH screw hole
WS thread shape
W1 Work surface
SO opening
S1 Full thread
S2 Incomplete thread
S3 Drill hole
S4 center axis
SP center axis position
SM Drill pilot hole depth
SL thread length
SD effective diameter

Claims (9)

三次元測定機を利用してねじ形状の測定を行うねじ形状測定方法であって、
測定すべきねじ形状を有するワークが装着される三次元測定機と、この三次元測定機に装着される倣いプローブと、この倣いプローブに装着されかつワークに接触される接触部を有するスタイラスとを用い、
前記ねじ形状の中心軸線深さゼロの位置である前記ワークの表面を前記ねじ形状の基準面として想定し、この想定した基準面の法線を前記ねじ形状の中心軸線として決定し、この決定したねじ形状の中心軸線と前記倣いプローブの倣い測定軸線とを合わせる軸合わせ工程と、
前記スタイラスを前記ねじ形状に接触させつつ前記倣いプローブを前記倣い測定軸線に沿って移動させる倣い測定工程と、
前記倣い測定で得られた測定データから前記ねじ形状の各種特性値を演算する演算工程と、を含み、
前記倣い測定工程は、前記ねじ形状の周方向の複数箇所について各々軸線に沿って倣い動作を行うことを特徴とするねじ形状測定方法。
A screw shape measuring method for measuring a screw shape using a three-dimensional measuring machine,
A coordinate measuring machine on which a workpiece having a screw shape to be measured is mounted, a scanning probe mounted on the coordinate measuring machine, and a stylus having a contact portion mounted on the scanning probe and in contact with the workpiece. Use
Assuming a central axis depth the surface of the workpiece is the position of the zero of the thread profile as the reference plane of the thread profile, to determine the normal of the assumed reference plane as the central axis of the thread profile, and this decision An axis alignment step for aligning the central axis of the screw shape with the scanning measurement axis of the scanning probe;
A scanning measurement step of moving the scanning probe along the scanning measurement axis while bringing the stylus into contact with the screw shape;
A calculation step of calculating various characteristic values of the screw shape from the measurement data obtained by the scanning measurement,
In the scanning measurement step, a scanning operation is performed along each axis at a plurality of circumferential positions of the screw shape.
請求項1に記載したねじ形状測定方法において、前記演算工程は、前記倣い測定による測定データからねじ部の測定輪郭形状を取出し、この測定輪郭形状においてねじ斜面部分を直線で近似することで近似輪郭形状を取出し、この輪郭形状に従来の三針法の針の代替となる仮想円を接触させ、従来の三針法によりねじ形状の有効径を算出する有効径算出処理を含むことを特徴とするねじ形状測定方法。  2. The thread shape measuring method according to claim 1, wherein in the calculation step, an approximate contour is obtained by taking a measurement contour shape of a screw portion from measurement data obtained by the scanning measurement and approximating a screw slope portion with a straight line in the measurement contour shape. It includes an effective diameter calculation process for taking out the shape, bringing a virtual circle that replaces the conventional three-needle method needle into contact with this contour shape, and calculating the effective diameter of the screw shape by the conventional three-needle method. Screw shape measurement method. 請求項1または請求項2に記載したねじ形状測定方法において、前記倣い測定工程では側方に分岐した接触部を有する分岐型スタイラスを用いることを特徴とするねじ形状測定方法。  3. The screw shape measuring method according to claim 1, wherein a branching stylus having a contact portion branched laterally is used in the scanning measurement step. 請求項3に記載したねじ形状測定方法において、前記分岐型スタイラスを用いて前記倣い測定工程を行うのに先立って、前記分岐型スタイラスの接触部が突出する方向が前記倣い測定で検出する輪郭変動の方向に一致するように姿勢を調整しておくことを特徴とするねじ形状測定方法。4. The thread shape measurement method according to claim 3 , wherein a contour projecting direction in which a contact portion of the branched stylus protrudes is detected by the scanning measurement prior to performing the scanning measurement step using the branched stylus. A screw shape measuring method, wherein the posture is adjusted so as to match the direction of the screw. 請求項1から請求項までの何れかに記載したねじ形状測定方法において、前記軸合わせ工程の前に、前記三次元測定機に設定される機械座標系と前記ワークに設定されるワーク座標系と前記倣いプローブおよびスタイラスに設定されるプローブ座標系との各々の間の相対関係を合わせる座標合わせ工程を行うことを特徴とするねじ形状測定方法。In the thread profile measurement method according to any one of claims 1 to 4, wherein prior to the alignment process, the workpiece coordinate system set in the machine coordinate system set in the three-dimensional measuring machine work And a probe alignment system for adjusting the relative relationship between the scanning probe and the probe coordinate system set on the stylus. 請求項1から請求項までの何れかに記載したねじ形状測定方法において、前記演算工程は、前記倣い測定による測定データのねじ部のねじ谷深さの変化またはねじピッチの変化から不完全ねじ部を判定する不完全ねじ部判定処理を含むことを特徴とするねじ形状測定方法。The thread shape measuring method according to any one of claims 1 to 5 , wherein the calculation step includes an incomplete screw from a change in a thread valley depth or a change in a thread pitch of a thread portion of measurement data by the scanning measurement. A screw shape measuring method comprising: an incomplete thread portion determination process for determining a portion. 請求項に記載したねじ形状測定方法において、前記不完全ねじ部判定処理は、ねじ形状軸線方向に対するねじ部のねじ谷深さの変化またはねじピッチの変化から、予め求めた関数または数値表に基づいて近似を行うことで、前記不完全ねじ部の開始点を判定することを特徴とするねじ形状測定方法。7. The thread shape measuring method according to claim 6 , wherein the incomplete thread portion determination processing is performed by using a function or a numerical value table obtained in advance from a change in thread depth of a thread portion or a change in screw pitch with respect to the screw shape axis direction. A screw shape measuring method characterized by determining a starting point of the incomplete screw portion by performing approximation based on this. 請求項1から請求項までの何れかに記載したねじ形状測定方法において、前記演算工程は、前記倣い測定による測定データからねじ部の測定輪郭形状を取出し、この測定輪郭形状においてねじ斜面部分を直線で近似することで近似輪郭形状を取出し、この近似輪郭形状からねじピッチ、ねじ山角度、ねじ切り深さを判定する近似輪郭形状処理を含むことを特徴とするねじ形状測定方法。The screw shape measuring method according to any one of claims 1 to 7 , wherein the calculation step takes out a measurement contour shape of a screw portion from measurement data obtained by the scanning measurement, and defines a screw slope portion in the measurement contour shape. A thread shape measuring method comprising: an approximate contour shape processing which takes out an approximate contour shape by approximating with a straight line and determines a screw pitch, a thread angle, and a thread cutting depth from the approximate contour shape. 請求項1から請求項までの何れかに記載したねじ形状測定方法において、前記倣いプローブは回転プローブヘッドを介して前記三次元測定機に装着され、前記軸合わせ工程では前記スタイラスの軸線が前記倣い軸線に合うように前記回転プローブヘッドを傾けることを特徴とするねじ形状測定方法。The screw shape measuring method according to any one of claims 1 to 8 , wherein the scanning probe is attached to the coordinate measuring machine via a rotating probe head, and the axis of the stylus is attached to the coordinate measuring step. A method of measuring a screw shape, wherein the rotary probe head is tilted so as to match a scanning axis.
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Cited By (1)

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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003083740A (en) * 2001-09-10 2003-03-19 Bridgestone Flowtech Corp Screw-inspecting apparatus
JP2004020342A (en) * 2002-06-14 2004-01-22 Mitsutoyo Corp Method of measuring screw shape
JP2007024769A (en) * 2005-07-20 2007-02-01 Universal Seikan Kk Measuring method of bottle can
JP4828974B2 (en) 2006-03-16 2011-11-30 株式会社ミツトヨ Screw measuring method, screw measuring probe, and screw measuring device using the same
JP2006317469A (en) * 2006-08-30 2006-11-24 Mitsutoyo Corp Screw shape measuring method and recording medium recording program
JP6093538B2 (en) 2012-10-11 2017-03-08 株式会社ミツトヨ Thread shape measurement method
DE102012025252A1 (en) * 2012-12-21 2014-06-26 Blum-Novotest Gmbh Pin-shaped component for use in electromechanical coordinate measuring machine that is utilized for measuring coordinate of hole of step-like workpiece, has probe head attached at bar-shaped shaft and formed in tub or barrel shape
JP6344630B2 (en) * 2017-07-12 2018-06-20 株式会社東京精密 Circle measurement method using a three-dimensional measuring machine
CN109798824B (en) * 2019-01-11 2024-02-06 湖南城市学院 Method and system for three-dimensional detection of concrete cavity with crack
CN112729039A (en) * 2020-10-27 2021-04-30 天津市计量监督检测科学研究院 Metering calibration method for thread gauge

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009020118A (en) * 2008-09-19 2009-01-29 Mitsutoyo Corp Method for measuring screw-thread shape
JP4641555B2 (en) * 2008-09-19 2011-03-02 株式会社ミツトヨ Screw hole shape measurement method

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