JP6219141B2 - 形状測定装置及び形状測定方法 - Google Patents
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Description
以下では、形状測定装置の一例である、三次元測定機について説明する。図1は、実施の形態1にかかる三次元測定機1の構成を模式的に示す全体図である。図2は、実施の形態1にかかる三次元測定機1の概略構成を示すブロック図である。図3は、実施の形態1にかかる三次元測定機1の基本的構成を示すブロック図である。図1では、上方向を+Z軸方向とし、このZ軸に直交する2軸をそれぞれX軸及びY軸として説明する。なお、当該X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向により、マシン座標系が規定される。以下の図面においても同様である。
図1に示すように、三次元測定機本体2は、プローブ21、測定子移動部22及び定盤23を有する。プローブ21は、測定子211A、スタイラス211及び支持機構212を有する。測定子211Aは、スタイラス211の先端側(−Z軸方向側)に設けられる。
図2に示すように、モーションコントローラ3は、位置検出部31、押し込み量検出部32、移動制御部33及び測定結果記憶部34を有する。
操作手段4は、例えばジョイスティックや各種のスイッチにより構成される。操作手段4は、三次元測定機1を操作するユーザと三次元測定機1との間のマン−マシンインターフェースとして設けられる。三次元測定機1を操作するユーザは、操作手段4を介して、三次元測定機1、三次元測定機本体2、モーションコントローラ3及びホストコンピュータ5に指令を与えることができる。
ホストコンピュータ5は、CPU(Central Processing Unit)や、メモリ等を備えて構成され、モーションコントローラ3に所定の指令を与えることで三次元測定機本体2を制御する。ホストコンピュータ5は、図2に示すように、情報取得部51、経路設定部52、形状解析部53及び記憶部54を有する。情報取得部51は、CADシステム(図示略)から被測定物OBJの設計情報(CADデータや、NURBSデータ等)を取得する。経路設定部52は、情報取得部51により取得した設計情報に基づいて、プローブ21を移動させる経路(PCCデータ)を設定する。形状解析部53は、モーションコントローラ3から出力された測定データに基づいて被測定物の表面形状データを算出し、算出した被測定物の表面形状データの誤差や歪み等を求める形状解析を行う。記憶部54は、ホストコンピュータ5で用いられるデータ、被測定物OBJの形状に関する設計情報等が記憶されている。ホストコンピュータ5には、周辺機器として、キーボード61及びマウス63などの入力装置や、プリンタ62などの出力装置が接続される。
移動制御部33は、設計値倣い測定を行うために、経路設定部52からPCC曲線のセグメントPCCの設計値倣い測定経路MP(第1の測定経路)を読み込む。
PCC曲線のセグメントPCCの始点PSから終点PFへの設計値倣い測定を開始させる。移動制御部33は、測定子211Aを、PCC曲線のセグメントPCCの始点PSから終点PFへ、測定経路MPに沿って移動させる。設計値倣い測定中、位置検出部31は測定子211Aの位置を検出し、押し込み量検出部32は、測定子211Aの被測定物OBJへの押し込み量を検出する。
押し込み量検出部32は、PCC曲線のセグメントPCCの始点PSから終点PFへの設計値倣い測定中、測定子211Aの被測定物OBJへの押し込み量を監視する。この際、測定子211Aの被測定物OBJへの押し込み量が許容範囲を超えた場合、許容範囲を超えて測定子211Aを被測定物OBJへ押し込むことができない。そのため、測定子211Aが被測定物OBJの表面の変位に追随しきれない。そのため、押し込み量検出部32は、測定子211Aの被測定物OBJへの押し込み量が許容範囲を超えたものとして、測定エラーとして検出する。なお、測定エラーが検出されない場合は、形状測定を終了する。測定結果は、測定結果記憶部34に記憶される。
PCC曲線のセグメントPCCの始点PSから終点PFへの設計値倣い測定中、押し込み量検出部32が測定エラーを検出した場合、移動制御部33は、エラー発生点PEで測定子211Aの移動を停止させる。位置検出部31は、エラー発生点PEを記憶する。
移動制御部33は、プローブ21を駆動し、測定子211Aをエラー発生点PEからPCC曲線のセグメントPCCの始点PSへ移動させる。この際、移動制御部33は、測定子211Aを設計値倣い測定の測定経路に沿って移動させる。
PCC曲線のセグメントPCCの始点PSから終点PFへの自律倣い測定を開始する。移動制御部33は、測定子211Aを、PCC曲線のセグメントPCCの始点PSから終点PFへ、測定子211Aの被測定物OBJへの押し込み量が一定になるように移動させる。自律倣い測定中、位置検出部31は測定子211Aの位置を検出し、押し込み量検出部32は、測定子211Aの被測定物OBJへの押し込み量を検出する。
次いで、実施の形態2にかかる三次元測定機6について説明する。三次元測定機6は、実施の形態1にかかる三次元測定機1の変形例である。三次元測定機6は、測定エラーが検出されて自律倣い測定が行われた場合、自律倣い測定の結果に基づいて設計値倣いの測定経路を再設定する機能を有する。三次元測定機6の構成は、三次元測定機1と同様であるので、説明を省略する。
経路設定部52は、自律倣い測定の結果を、モーションコントローラ3から取得する。経路設定部52は、取得した自律倣い測定の結果に基づいて、新規にPCC曲線のセグメントPCCの新規の設計値倣い測定経路MPC(第2の測定経路)を生成する。
経路設定部52は、生成した新規のPCC曲線のセグメントPCCの設計値倣い測定経路MPCで、既存のPCC曲線のセグメントPCCの設計値倣い測定経路MPを更新する(MP=MPC)。その後、ステップS11に戻る。
次いで、実施の形態3にかかる三次元測定機7について説明する。三次元測定機7は、実施の形態1にかかる三次元測定機1の変形例である。三次元測定機7は、実施の形態1で説明した形状測定を、連続する複数のPCC曲線のセグメントで行うことができる。
パラメータ設定部35は、PCC曲線のセグメントPCCiの番号を示すパラメータiを「1」に設定する。
パラメータ設定部35は、パラメータiがPCC曲線のセグメントの総数nよりも大きいかを判定する。ここでは、パラメータiが(n+1)と等しい(i=n+1)かを判定する。パラメータiが(n+1)と等しい(i=n+1)場合、形状測定を終了する。形状測定の結果は、測定結果記憶部34に記憶される。
パラメータiが(n+1)と異なる(i≠n+1)場合、移動制御部33は、PCC曲線のセグメントPCCiの設計値倣い測定を行うために、経路設定部52からPCC曲線のセグメントPCCiの設計値倣い測定経路MPi(第1の測定経路)を読み込む。
PCC曲線のセグメントPCCiの始点Piから終点P(i+1)への設計値倣い測定を開始させる。移動制御部33は、測定子211Aを、PCC曲線のセグメントPCCiの始点Piから終点P(i+1)へ、測定経路MPiに沿って移動させる。設計値倣い測定中、位置検出部31は測定子211Aの位置を検出し、押し込み量検出部32は、測定子211Aの被測定物OBJへの押し込み量を検出する。
押し込み量検出部32は、PCC曲線のセグメントPCCiの始点Piから終点P(i+1)への設計値倣い測定中、測定子211Aの被測定物OBJへの押し込み量を監視する。そして、図7のステップS13と同様に、押し込み量検出部32は、測定子211Aの被測定物OBJへの押し込み量が許容範囲外となった場合を測定エラーとして検出する。図13の例では、3番目のPCC曲線のセグメントPCC3でエラーが検出される。被測定物OBJへの押し込み量の許容範囲は、上述の式(1)に示す押し込み量の絶対値を用いて、例えば以下の式(3)に示す範囲とすることができる。なお、式(3)において、単位はmmである。
PCC曲線のセグメントPCCiの始点Piから終点P(i+1)への設計値倣い測定中、押し込み量検出部32が測定エラーを検出した場合、移動制御部33は、エラー発生点PEで測定を停止する。位置検出部31は、エラー発生点PEを記憶する。
移動制御部33は、プローブ21を駆動し、測定子211Aをエラー発生点PEからPCC曲線のセグメントPCCiの始点Piへ移動させる。この際、移動制御部33は、測定子211Aを設計値倣い測定の測定経路MPiに沿って移動させる。
PCC曲線のセグメントPCCiの始点Piから終点P(i+1)への自律倣い測定を開始する。移動制御部33は、測定子211Aを、PCC曲線のセグメントPCCiの始点Piから終点P(i+1)へ、測定子211Aの被測定物OBJへの押し込み量が一定になるように移動させる。自律倣い測定中、位置検出部31は測定子211Aの位置を検出し、押し込み量検出部32は、測定子211Aの被測定物OBJへの押し込み量を検出する。
ステップS35で測定エラーが検出されない場合、又は、ステップS38での自律倣い測定の終了後、パラメータ設定部35はパラメータiに「1」を加算(i=i+1)する。その後、ステップS32に戻る。
次いで、実施の形態4にかかる三次元測定機9について説明する。三次元測定機9は、実施の形態3にかかる三次元測定機7の変形例である。三次元測定機9は、三次元測定機9における連続する複数のPCC曲線のセグメントでの形状測定の後、測定エラーが検出されたPCC曲線のセグメントの設計値倣いの測定経路を自律倣い測定の結果に基づいて再設定する機能を有する。
ステップS31の後、押し込み量検出部32は、エラーフラグEFiを「0」に設定する。押し込み量検出部32は、エラーフラグEFiとして「0」をエラーフラグ記憶部36に書き込む。
ステップS38の後、押し込み量検出部32は、エラーフラグEFiを「1」に設定する。押し込み量検出部32は、エラーフラグEFiとして「1」をエラーフラグ記憶部36に書き込む。なお、エラーフラグEFiとして「1」をエラーフラグ記憶部36に書き込むことを、単にエラーフラグをエラーフラグ記憶部36に書き込むとも称する。
ステップS32でパラメータiが(n+1)と等しい(i=n+1)場合、経路設定部52は、エラーフラグ記憶部36に書き込まれたエラーフラグEF1〜EFnを参照する。経路設定部52は、エラーフラグEF1〜EFnが全て「0」であるかを確認する。
経路設定部52は、エラーフラグEF1〜EFnのうち、「1」のものが有る場合には、エラーフラグが「1」であるPCC曲線のセグメントの自律倣い測定の結果を、モーションコントローラ10から取得する。ここでは、エラーフラグが「1」であるPCC曲線のセグメントの番号をk(kは、1≦k≦nの整数)とする。経路設定部52は、取得した自律倣い測定の結果に基づいて、エラーフラグが「1」であるPCC曲線のセグメントPCCkの設計値倣い測定経路MPCk(第2の測定経路)を生成する。
経路設定部52は、エラーフラグが「1」であるPCC曲線のセグメントPCCkについて生成した新規に設計値倣い測定経路で、既存のPCC曲線のセグメントPCCkの設計値倣い測定経路MPkを更新する(MPk=MPCk)。その後、ステップS31に戻る。
次いで、実施の形態5にかかる三次元測定機11について説明する。図17は、実施の形態5にかかる三次元測定機11とその周辺装置を示すブロック図である。三次元測定機11は、上述の実施の形態にかかる三次元測定機1、6、7及び9のいずれかを適用することができる。以下、図17を参照して、設計データから精度よく測定経路を算出する方法の一例を説明する。なお、図17では、図面の簡略化のため、本実施の形態にかかる簡易的に設計値倣いの測定の測定経路を得る手法の理解に必要な構成のみを表示している。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上述の実施の形態では、三次元測定機について説明したが、これは例示に過ぎない。例えば、上述の実施の形態にかかる形状測定は、三次元測定機以外の任意の形状測定装置に適用することができる。
2 三次元測定機本体
3 モーションコントローラ
3、8、10 モーションコントローラ
4 操作手段
5 ホストコンピュータ
21 プローブ
22 測定子移動部
23 定盤
24 スライド機構
25 駆動機構
31 位置検出部
32 押し込み量検出部
33 移動制御部
34 測定結果記憶部
35 パラメータ設定部
36 エラーフラグ記憶部
51 情報取得部
52 経路設定部
53 形状解析部
54 記憶部
100 CAD
102 データ変換装置
103 測定結果
104 理論計算点データ
211 スタイラス
211A 測定子
212 支持機構
241 コラム
242 ビーム
243 スライダ
244 ラム
251X X軸駆動部
251Y Y軸駆動部
251Z Z軸駆動部
700、701 凹部
EF1〜EF6 エラーフラグ
GWS 点群データ
L_NURBS NURBS曲線
L_PCC PCC曲線
MP、MPC、MP1〜MP6、MPC1〜MPC6 測定経路
OBJ 被測定物
PCC、PCC1〜PCC6 PCC曲線のセグメント
PA、PA1〜PA3、P1〜P7 点
PE エラー発生点
PF 終点
PS 始点
Claims (8)
- 先端に測定子が設けられたプローブと、
前記測定子を被測定物の表面に倣う第1の測定経路で移動させる測定子移動部と、
前記被測定物の設計情報に基づいて前記第1の測定経路を設定する経路設定部と、
前記経路設定部から前記第1の測定経路を取得し、前記第1の測定経路に沿って前記測定子が移動するように前記測定子移動部を制御する移動制御部と、
前記第1の測定経路上における前記測定子の位置を検出する位置検出部と、
前記第1の測定経路上における前記測定子の前記被測定物への押し込み量を検出する押し込み量検出部と、
検出された前記測定子の位置及び押し込み量を測定結果として記憶する測定結果記憶部と、を備え、
前記押し込み量検出部は、
前記測定子の押し込み量が許容範囲を超える測定エラーが生じた場合に、エラー信号を出力し、
前記移動制御部は、
前記エラー信号に応じて前記測定子の移動を停止し、
前記測定子を、前記第1の測定経路の始点に移動させ、
前記測定子が、前記第1の測定経路の前記始点から終点へ、前記測定子の前記被測定物への押し込み量が一定で前記被測定物の表面に倣って移動するように、前記測定子移動部を制御する、
形状測定装置。 - 前記経路設定部は、
前記第1の測定経路の前記始点から前記終点へ、前記測定子の前記被測定物への押し込み量が一定で前記被測定物の表面に倣って移動したことで記憶された測定結果を、前記測定結果記憶部から取得し、
取得した測定結果に基づいて、第2の測定経路を生成し、
前記第1の測定経路を、前記第2の測定経路に更新する、
請求項1に記載の形状測定装置。 - 前記第1の測定経路が連続して複数存在する場合、
前記押し込み量検出部は、
前記連続する複数の第1の測定経路ごとに、前記測定エラーを検出する、
請求項1に記載の形状測定装置。 - 前記連続する複数の第1の測定経路のうち、前記測定エラーが検出されたものを示すエラーフラグを記憶するエラーフラグ記憶部を更に備え、
前記押し込み量検出部は、
前記連続する複数の第1の測定経路のそれぞれについて、前記測定エラーが検出された場合に、前記エラーフラグを前記エラーフラグ記憶部に書き込み、
前記経路設定部は、
前記エラーフラグを参照して、前記連続する複数の第1の測定経路のうちで前記測定エラーが検出されたものを検出し、
前記測定エラーが検出された前記第1の測定経路の全てについて、
前記始点から前記終点へ、前記測定子の前記被測定物への押し込み量が一定で前記被測定物の表面に倣って移動したことで記憶された測定結果を、前記測定結果記憶部から取得し、
取得した前記測定結果に基づいて、第2の測定経路を生成し、
前記第1の測定経路を、前記第2の測定経路に更新する、
請求項3に記載の形状測定装置。 - 前記移動制御部は、
前記押し込み量検出部から前記エラー信号が出力された場合、前記第1の測定経路の前記始点と前記終点との間の前記第1の測定経路上で任意の点を設定し、
前記第1の測定経路の前記始点、前記終点及び前記任意の点が属する平面内で、前記測定子を移動させる、
請求項2又は4に記載の形状測定装置。 - 前記移動制御部は、
前記第1の測定経路の前記始点、前記終点及び前記任意の点が直線上に並ぶ場合、
前記第1の測定経路の前記始点と前記終点とを結ぶ直線の中点に直交する線と、前記第1の測定経路と、の交点を設定し、
前記第1の測定経路の前記始点、前記終点及び前記交点が属する平面内で、前記測定子を移動させる、
請求項5に記載の形状測定装置。 - 前記移動制御部は、
前記第1の測定経路の前記始点、前記終点及び前記任意の点が直線上に並ぶ場合、
前記第1の測定経路の前記始点と前記終点とを結ぶ直線の四分割点に直交する3本の線と、前記第1の測定経路と、の3つの交点を設定し、
前記第1の測定経路の前記始点及び前記終点と、前記3つの交点のいずれかと、が属する平面内で、前記測定子を移動させる、
請求項6に記載の形状測定装置。 - 被測定物の設計情報に基づいて設定された、プローブの先端に設けられた測定子が移動する被測定物の表面に倣った測定経路を取得し、
前記測定経路に沿って前記測定子を移動させ、
前記測定経路上における前記測定子の位置を検出し、
前記測定経路上における前記測定子の前記被測定物への押し込み量を検出し、
検出された前記測定子の位置及び押し込み量を測定結果として取得し、
前記測定子の押し込み量が許容範囲を超えた場合には、前記測定子の移動を停止し、
前記測定子を前記測定経路の始点に移動させ、
前記測定子を、前記測定経路の前記始点から終点へ、前記測定子の前記被測定物への押し込み量が一定で前記被測定物の表面に倣って移動させる、
形状測定方法。
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