JP5528067B2

JP5528067B2 - 三次元測定機

Info

Publication number: JP5528067B2
Application number: JP2009264583A
Authority: JP
Inventors: 公一目黒
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2009-11-20
Filing date: 2009-11-20
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2029-11-20
Also published as: JP2011107058A

Description

本発明は、三次元測定機に関する。

被測定物を載置するテーブルと、プローブと、これらを三次元方向へ相対移動させる相対移動機構とを備えた三次元測定機において、手動測定時や自動測定のための測定パスのティーチング操作時に、操作盤からの指令で、相対移動機構を駆動させてテーブルとプローブとを相対移動させる方法が採られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−７４６６１号公報

従来の三次元測定機において、ジェット機のタービン等、大型の被測定物を測定するに際して、被測定物の中央部分や高い所を測定する場合、プローブの先端が被測定物に接触したかを目視で確認することは難しい。また、微細な測定箇所の測定に際しても、プローブの先端が微細な測定箇所に接触したかを目視で確認することは難しい。
更に、被測定物の大きさに拘わらず、被測定物を挟んで、測定者から反対側の面を測定しようとする場合も、測定者から測定面を目視することができない。そのため、携帯型の操作盤の場合、操作盤を持って被測定物の裏面側に移動し、被測定物の裏面側を目視しながら測定を行う必要があるが、その都度、測定者は位置を変えて測定を行わなければならないため、作業効率が悪い。

本発明の目的は、被測定物の大きさに拘わらず、プローブの接触を確認しながら測定を実行することができる三次元測定機を提供することにある。

本発明の三次元測定機は、被測定物を載置するテーブルと、前記被測定物に関与されるプローブと、前記テーブルおよび前記プローブを三次元方向へ相対移動させる相対移動機構と、前記相対移動機構の駆動を指令する携帯可能な操作盤と、前記操作盤からの指令に基づき前記相対移動機構を駆動させるとともに、前記プローブからの信号を取り込んで前記被測定物の形状を求める制御装置とを備えた三次元測定機において、前記プローブの近傍にはカメラが取り付けられ、前記操作盤には、タッチパネルによって構成された表示部と、前記カメラによって撮像された画像を前記表示部に表示する制御部とが設けられ、前記制御部は、タッチ操作により前記表示部の一部の領域が閉ループで囲まれたことを認識する領域認識手段と、この領域認識手段によって前記表示部の一部の領域が囲まれたことを認識すると、その領域内に表示された画像を識別して測定要素を判別する要素判別手段と、この要素判別手段によって判別された測定要素に応じて前記相対移動機構の駆動を制御する測定パスを自動生成する測定パス生成手段と、を有する、ことを特徴とする。

このような構成によれば、プローブの近傍にはカメラが取り付けられ、そのカメラによって撮像された画像が操作盤の表示部に表示されるから、被測定物の大きさに拘わらず、プローブの接触を確認しながら測定を実行することができる。つまり、プローブの先端が被測定物に接触したかを目視で確認することが困難な場合であっても、表示部を見て、プローブの接触状態を確認しながら測定を実行することができる。
また、表示部の一部の領域が閉ループで囲まれたことが領域認識手段によって認識されると、要素判別手段において、その領域内に表示された画像から測定要素が判別されたのち、測定パス生成手段において、判別された測定要素に応じて、相対移動機構の駆動を制御する測定パスが自動生成される。
従って、表示部の一部を閉ループで囲むだけで、測定パスが自動生成されるから、効率的に測定を行うことができる。

本発明の三次元測定機において、前記表示部の表示領域の一部には、測定開始ボタンが表示され、前記制御部は、前記測定開始ボタンがタッチされたことを認識すると、前記測定パス生成手段よって生成された測定パスを実行する測定パス実行手段を有する、ことが好ましい。

このような構成によれば、表示領域の一部に測定開始ボタンが表示されているから、その測定開始ボタンをタッチすると、測定パス生成手段よって生成された測定パスが実行される。従って、その都度、制御装置側に戻って、測定開始を指令しなくてもよいから、効率的な測定を実現できる。
本発明の三次元測定機において、前記制御部は、前記表示部に表示された画像のうち、測定が実行された箇所をマーキングする測定箇所マーキング手段を有する、ことが好ましい。

本発明の三次元測定機において、前記制御部は、前記表示部に表示された画像がドラッグされたことを認識すると、そのドラッグされた方向へ前記相対移動機構を駆動させる、ことが好ましい。

このような構成によれば、表示部からの指令で相対移動機構が駆動されるから、表示部を見ながら所望の方向へ駆動させることができる。

本発明の一実施形態に係る三次元測定機を示す斜視図。同上実施形態において、プローブおよびカメラ部分を示す拡大斜視図。同上実施形態で用いる操作盤を示す斜視図。同上実施形態の制御システムを示すブロック図。同上実施形態において、撮像した画像の一部を囲んだ状態を示す図。同上実施形態において、測定パスの生成例を示す図。同上実施形態において、測定した画像の一部をタッチした状態を示す図。

＜三次元測定機の説明＞
本発明の実施形態に係る三次元測定機は、図１に示すように、上面に被測定物Ｗを載置するテーブル１１と、被測定物Ｗの表面に接触されるスタイラス１２Ａを有するプローブ１２と、テーブル１１とプローブ１２とを相対移動させる相対移動機構１３と、この相対移動機構１３の駆動を指令する携帯可能な操作盤３０と、操作盤３０からの指令に基づき相対移動機構１３を駆動させるとともに、プローブ１２からの信号を取り込んで被測定物Ｗの形状を求める制御装置４０とを備える。

相対移動機構１３は、テーブル１１の上面に前後方向（Ｙ軸方向）へ移動可能に設けられた門型フレーム１４と、この門型フレーム１４の水平ビーム１４Ａに左右方向（Ｘ軸方向）へ移動可能に設けられたＸスライダ１５と、このＸスライダ１５に上下方向（Ｚ軸方向）へ移動可能に設けられ下端にプローブ１２を有するＺ軸スピンドル１６と、門型フレーム１４、Ｘスライダ１５およびＺ軸スピンドル１６を各軸方向へ移動させるＹ軸移動機構１３Ｙ、Ｘ軸移動機構１３Ｘ、Ｚ軸移動機構１３Ｚ（図４参照）とを含んで構成されている。つまり、相対移動機構１３は、三次元移動機構によって構成されている。

Ｚ軸スピンドル１６の下端、つまり、プローブ１２の近傍には、Ｚ軸スピンドル１６に対して着脱可能な取付ブラケット２１を介して、撮像手段としてのカメラ２０が取り付けられている。
カメラ２０は、図２に示すように、Ｚ軸と平行な軸Ａを中心として旋回可能な第１旋回部材２２と、Ａ軸に対して直交する軸Ｂを中心として旋回可能な第２旋回部材２３とを介して、取付ブラケット２１に取り付けられている。つまり、カメラ２０の向きが、軸Ａを中心としてα角度旋回可能かつ軸Ｂを中心としてθ角度旋回可能に設けられている。

操作盤３０は、図３に示すように、携帯可能な本体ケース３１と、この本体ケース３１の表面両側に配置されたカメラ姿勢変更用ジョイスティックレバー３２およびプローブ移動用ジョイスティックレバー３３と、これらの間に配置された表示部３４、スピード調整用つまみ３５、緊急停止用ボタン３６およびファンクションキー群３７とから構成されている。
本体ケース３１には、操作盤３０を、門型フレーム１４の支柱などに引っ掛けて吊り下げる引っ掛け孔３１Ａが形成されている。

カメラ姿勢変更用ジョイスティックレバー３２は、左右方向へ傾倒されると、カメラ２０を軸Ｂを中心として旋回させる指令（θ回転指令）を、また、前後方向へ傾倒されると、カメラ２０を軸Ａを中心として旋回させる指令（α回転指令）を、それぞれ発する。
プローブ移動用ジョイスティックレバー３３は、左右方向へ傾倒されると、プローブ１２をＸ軸＋、−方向へ移動させる駆動指令を、また、前後方向へ傾倒されると、プローブ１２をＹ軸＋，−方向へ移動させる駆動指令を、更に、プローブ移動用ジョイスティックレバー３３の上端のボタン３３Ａが押された状態において、前後方向へ傾倒されると、プローブ１２をＺ軸＋，−方向へ移動させる駆動指令を、それぞれ発する。

表示部３４は、例えば、５インチ程度のタッチパネル式液晶モニタによって構成されている。
スピード調整用つまみ３５は、相対移動機構１３の移動速度を調整するために用いられる。
緊急停止用ボタン３６は、相対移動機構１３の移動時の緊急停止に用いられる。
ファンクションキー群３７としては、例えば、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸移動機構１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚのロック機能、測定開始、モード選択などを指令する各種キーが配列されている。

制御装置４０は、図４に示すように、ＣＰＵ（中央演算処理装置）４１と、入力部４２と、表示部４３と、記憶部４４とを含んで構成されている。
ＣＰＵ４１には、バス４５を介して、Ｘ軸移動機構１３Ｘ、Ｙ軸移動機構１３Ｙ、Ｚ軸移動機構１３Ｚ、プローブ１２，カメラ２０および操作盤３０が接続されている。
操作盤３０の内部には、カメラ２０によって撮像された画像を表示部３４に表示するとともに、ジョイスティックレバー３２，３３等からの指令を受けて動作や処理を実行する制御部３８や記憶部３９などが設けられている。制御部３８は、具体的には、次の動作や処理を行う手段を備える。

（ａ）カメラ姿勢変更用ジョイスティックレバー３２からの指令を受けて、カメラ２０を指令方向へ旋回させる手段
（ｂ）プローブ移動用ジョイスティックレバー３３からの指令を受けて、相対移動機構１３を駆動させて、プローブ１２を指令方向へ移動させる手段
（ｃ）スピード調整つまみ３５からの指令を受けて、相対移動機構１３の移動速度を制御するとともに、緊急停止ボタン３６が押されたときに、相対移動機構１３の移動を停止させる手段
（ｄ）ファンクションキー群３７が押されたとき、押されたキーに基づく指令を実行する手段
（ｅ）カメラ２０によって撮像された画像を表示部３４に表示する画像表示手段
（ｆ）表示部３４の一部の領域が閉ループで囲まれたことを認識する領域認識手段
（ｇ）領域認識手段によって表示部３４の一部の領域が囲まれたことを認識すると、その領域内に表示された画像を識別して測定要素を判別する要素判別手段
（ｈ）要素判別手段によって判別された測定要素に応じて相対移動機構１３の駆動を制御する測定パスを自動生成する測定パス生成手段
（ｉ）表示部３４の一部領域に表示された測定開始ボタンがタッチされたことを認識すると、測定パス生成手段よって生成された測定パスを実行する測定パス実行手段
（ｊ）表示部３４に表示された画像のうち、測定が実行された箇所をマーキングする測定箇所マーキング手段
（ｋ）マーキングされた箇所をタッチすると測定結果を表示する測定結果表示手段
（ｌ）表示部３４に表示された画像がドラッグされたことを認識すると、そのドラッグされた方向へ相対移動機構１３を駆動させる相対移動機構駆動指令手段

＜測定方法の説明＞
（一般的な測定）
被測定物Ｗの形状を測定するにあたって、操作盤３０を操作し、相対移動機構１３を駆動させて、プローブ１２をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動させる。プローブ１２が被測定物Ｗの測定部位に接触されると、プローブ１２が接触したときの各軸方向の移動位置が図示省略の位置検出器によって検出されたのち、操作盤３０の制御部３８から記憶部３９に記憶される。制御部３８は、記憶部３９に記憶された測定結果を基に、被測定物Ｗの形状等を求める。

（表示部上で測定処理）
本実施形態においては、プローブ１２の近傍にカメラ２０が取り付けられているから、カメラ２０の向きをカメラ姿勢変更用ジョイスティックレバー３２の操作によってプローブ１２の方向に一致させると、カメラ２０によってプローブ１２が向かう被測定物Ｗの画像が取り込まれ、表示部３４に表示される。
例えば、図５に示すように、被測定物Ｗに形成された孔Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４が表示部３４に表示される。同時に、表示部３４の表示領域の一部（外周部分）には、カメラ２０で撮像される画像を拡大、縮小するスクロールバー５１や、測定モードに入るための「測定」ボタン５２、測定の決定や取消を指令する「決定」ボタン５３、「取消」ボタン５４が表示される。

この表示画面において、タッチペンを用いて、表示部３４の一部の領域を閉ループで囲むと、例えば、一点鎖線で示す四角形で、孔Ｗ１を囲むと、表示部３４の一部の領域を閉ループで囲まれたことが認識され、その領域内に表示された画像を画像処理することにより測定要素が判別される。ここでは、孔Ｗ１の測定であると判別され、その判別した測定要素（孔測定）に応じて相対移動機構１３の駆動を制御する測定パスが自動生成される。
例えば、図６に示すように、プローブ１２を孔Ｗ１の略中心位置Ｐ１に位置させたのち、プローブ１２が孔Ｗ１の内周面３箇所、つまり、Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４に接するように、測定パスが自動生成されたのち、記憶部３９に記憶される。

ここで、表示部３４に表示された「測定」ボタン５２が押されると、測定モードに入る。この後、「決定」ボタン５３がタッチされると、記憶部３９に記憶された測定パスが実行される。つまり、測定パスに沿ってプローブ１２が移動され、プローブ１２が接触した測定箇所Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４での測定結果が取り込まれる。従って、表示部３４において測定の実行を指令できるから、制御装置４０まで戻って、測定開始を指令しなくてもよいから、測定作業を効率化できる。
このとき、測定が実行された箇所については、図７に示すように、測定していない箇所と区別できるように、例えば、●印等でマーキングされる。また、マーキングされた箇所がタッチされると、測定結果、つまり、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の座標位置が表示される。

（カメラの画像を見ながら測定）
プローブ１２の近傍にカメラ２０が取り付けられているから、カメラ２０の向きをカメラ姿勢変更用ジョイスティックレバー３２の操作によってプローブ１２の先端、つまり、スタイラス１２Ａの先端が撮影できる向きに設定すると、カメラ２０によってプローブ１２の先端画像が取り込まれ、表示部３４に表示される。従って、プローブ１２の先端を表示部３４で確認しながら、プローブ１２を被測定物Ｗの測定部位に接触させることができる。

そのため、大型の被測定物Ｗを測定するに際して、被測定物Ｗの中央部分や高い所を測定する場合でも、プローブ１２の先端が被測定物Ｗに接触したかを確認しながら測定できるほか、微細な測定箇所の測定に際しても、プローブ１２の先端が微細な測定箇所に接触したかを確認しながら測定できる。更に、被測定物Ｗの大きさに拘わらず、被測定物Ｗを挟んで、測定者から反対側の面を測定しようとする場合も、プローブ１２の先端を確認できるから、測定者は位置を変えて測定を行わなくてもよいから、作業効率を向上させることができる。
更に、プローブ１２の先端のスタイラス１２Ａを表示部３４で確認しながら測定できるから、スタイラス１２Ａが被測定物Ｗなどに接触したり、衝突して破損するのを未然に回避できる。

（表示部からの指令でプローブを移動させながら測定）
表示部３４に表示された画像がタッチペンによってドラッグされると（タッチペンを表示部３４の表面に接したまま移動させると）、ドラッグされたことが認識されたのち、そのドラッグされた方向へ相対移動機構１３が駆動される。つまり、相対移動機構１３の駆動により、プローブ１２がドラッグされた方向へ移動される。
これには、カメラ２０が向いている方向を面法線とする画面座標系を用いることで、三次元の移動を実現できる。

（測定結果の処理）
上述した測定方法によって得られた測定結果は、操作盤３０の記憶部３９に記憶される。記憶部３９に記憶された測定結果などは、バス４５を通じて、制御装置４０に送られ、記憶部４４に格納される。また、記憶部４４に記憶された測定結果などは、バス４５を通じて、操作盤３０へ送られ、記憶部３９に記憶されるとともに、表示部３４で表示される。従って、制御装置４０によって測定された測定結果も、操作盤３０の表示部３４で確認することができる。

＜変形例＞
本発明は、前述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。
前記実施形態では、操作盤３０に、カメラ姿勢変更用ジョイスティックレバー３２やプローブ移動用ジョイスティックレバー３３を設け、カメラ姿勢変更用ジョイスティックレバー３２の操作によってカメラ２０の向きを、また、プローブ移動用ジョイスティックレバー３３の操作によってプローブ１２の移動を制御するようにしたが、カメラ２０の向きやプローブ１２の移動を制御するスクロールバーなどを表示部３４に設けるようにしてもよい。

前記実施形態では、プローブ１２のスタイラス１２Ａの姿勢が固定式の構造として説明したが、カメラ２０と同じように、プローブ１２のスタイラス１２Ａも、軸Ａや軸Ｂを中心に旋回できるように構成してもよい。

前記実施形態において、相対移動機構１３は、プローブ１２がＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動可能に構成されていたが、これに限られない。要するに、テーブル１１とプローブ１２とが三次元方向へ移動可能であれば、どちらが移動する構造であっても構わない。

本発明は、手動測定時や自動測定のための測定パスのティーチング操作時に、操作盤からの指令で、相対移動機構を駆動させてテーブルとプローブとを相対移動させる三次元測定機に利用できる。

１１…テーブル、
１２…プローブ、
１３…相対移動機構、
２０…カメラ、
３０…操作盤、
３４…表示部、
３８…制御部、
４０…制御装置、
Ｗ…被測定物。

Claims

被測定物を載置するテーブルと、
前記被測定物に関与されるプローブと、
前記テーブルおよび前記プローブを三次元方向へ相対移動させる相対移動機構と、
前記相対移動機構の駆動を指令する携帯可能な操作盤と、
前記操作盤からの指令に基づき前記相対移動機構を駆動させるとともに、前記プローブからの信号を取り込んで前記被測定物の形状を求める制御装置とを備えた三次元測定機において、
前記プローブの近傍にはカメラが取り付けられ、
前記操作盤には、タッチパネルによって構成された表示部と、前記カメラによって撮像された画像を前記表示部に表示する制御部とが設けられ、
前記制御部は、タッチ操作により前記表示部の一部の領域が閉ループで囲まれたことを認識する領域認識手段と、この領域認識手段によって前記表示部の一部の領域が囲まれたことを認識すると、その領域内に表示された画像を識別して測定要素を判別する要素判別手段と、この要素判別手段によって判別された測定要素に応じて前記相対移動機構の駆動を制御する測定パスを自動生成する測定パス生成手段と、を有する、ことを特徴とする三次元測定機。
請求項１に記載の三次元測定機において、
前記表示部の表示領域の一部には、測定開始ボタンが表示され、
前記制御部は、前記測定開始ボタンがタッチされたことを認識すると、前記測定パス生成手段よって生成された測定パスを実行する測定パス実行手段を有する、ことを特徴とする三次元測定機。
請求項２に記載の三次元測定機において、
前記制御部は、前記表示部に表示された画像のうち、測定が実行された箇所をマーキングする測定箇所マーキング手段を有する、ことを特徴とする三次元測定機。
請求項１〜請求項３のいずれかに記載の三次元測定機において、
前記制御部は、前記表示部に表示された画像がドラッグされたことを認識すると、そのドラッグされた方向へ前記相対移動機構を駆動させる、ことを特徴とする三次元測定機。