JP6363436B2 - Shape measuring apparatus and shape measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、被測定物の表面形状を測定する形状測定装置、及び形状測定方法に関する。 The present invention relates to a shape measuring apparatus and a shape measuring method for measuring the surface shape of an object to be measured.
従来、被測定物を測定する測定子を有するプローブと、プローブを移動させる移動機構と、移動機構を制御する制御装置とを備え、被測定物の表面に倣って測定子を移動させることで被測定物の形状を測定する形状測定装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の形状測定装置は、CADデータ等に基づいた設計値(NURBS(Non-Uniform Rational B-Spline:非一様有理Bスプライン)データ)からPCC(Parametric Cubic Curves)曲線群を生成し、PCC曲線群に基づいて被測定物の表面形状を測定する設計値倣いを実施する。ここで、この形状測定装置は、PCC曲線群に基づいた通常の設計値倣い制御(ノーマル制御)を行うとともに、プローブの位置がPCC曲線群に基づいた経路から所定量ずれた場合でも、ずれ量が許容範囲内であれば、その誤差を補正するように制御するアクティブ制御を行う。具体的には、特許文献1では、経路速度ベクトル、押込み修正ベクトル、及び軌道修正ベクトルを算出し、各ベクトルに対して、倣い駆動ゲイン、押込み方向修正ゲイン、軌道修正ゲインを用いて速度ベクトルを補正している。
Conventionally, a probe having a probe for measuring an object to be measured, a moving mechanism for moving the probe, and a control device for controlling the moving mechanism are provided, and the object to be measured is moved by moving the probe along the surface of the object to be measured. A shape measuring device for measuring the shape of a measurement object is known (see, for example, Patent Document 1).
The shape measuring device described in
ところで、上記のように、形状測定装置において、設計値倣いのアクティブ制御を実施する場合、ノーマル制御を実施するとともに、プローブの押込み量を一定値に制御する必要がある。
上記特許文献1では、各ベクトルに対してそれぞれ修正ゲインを用いることで、速度ベクトルを補正しているが、ベクトルの方向等によっては、制御が不安定になったり、測定誤差が生じたりする可能性があるとの課題がある。
Incidentally, as described above, in the shape measuring apparatus, when the active control of the design value scanning is performed, it is necessary to perform the normal control and to control the pushing amount of the probe to a constant value.
In the
本発明は、精度の高い形状測定が可能な形状測定装置、及び形状測定方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a shape measuring device and a shape measuring method capable of measuring a shape with high accuracy.
本発明の形状測定装置は、先端に測定子を有するプローブと、前記測定子を被測定物の表面に倣って移動させる移動機構と、前記測定子と前記被測定物の表面との接触を検出して前記被測定物の形状を測定する形状測定装置であって、前記被測定物の設計データに基づく前記プローブの移動経路を指令する測定指令を出力する指令出力部と、前記測定指令に基づいて、前記移動経路に沿った前記プローブの速度成分ベクトルである経路速度ベクトルを算出する経路成分算出部と、前記プローブの前記被測定物への押込み量を検出し、前記押込み量を所定の基準押込み量に修正するための速度成分ベクトルである押込み修正ベクトルを算出する押込み方向成分算出部と、前記プローブの現在位置及び前記移動経路に基づいて算出された、前記プローブの位置と前記移動経路との軌道誤差量及び軌道ずれ方向から、前記プローブの位置を前記移動経路上に戻すための速度成分ベクトルである軌道修正ベクトルを算出する軌道修正成分算出部と、前記経路速度ベクトル、前記押込み修正ベクトル、及び前記軌道修正ベクトルを合成した速度合成ベクトルを算出する速度合成部と、前記速度合成ベクトルに基づいて前記プローブを移動させる駆動制御部と、を備え、前記指令出力部は、前記押込み修正ベクトル及び前記軌道修正ベクトルの為す角度に対して設定された軌道修正項係数を含む前記測定指令を出力し、前記速度合成部は、前記軌道修正項係数により補正された前記軌道修正ベクトル、前記経路速度ベクトル、及び前記押込み修正ベクトルを合成することを特徴とする。 The shape measuring device of the present invention detects a probe having a probe at the tip, a moving mechanism for moving the probe along the surface of the object to be measured, and contact between the probe and the surface of the object to be measured. A shape measuring apparatus for measuring the shape of the object to be measured, wherein the command output unit outputs a measurement command for instructing a movement path of the probe based on design data of the object to be measured; and based on the measurement command A path component calculation unit that calculates a path velocity vector that is a velocity component vector of the probe along the movement path, and an amount by which the probe is pushed into the object to be measured. A pushing direction component calculating unit that calculates a pushing correction vector that is a velocity component vector for correcting the pushing amount; and the probe calculated based on the current position of the probe and the moving path. A trajectory correction component calculation unit that calculates a trajectory correction vector, which is a velocity component vector for returning the position of the probe onto the movement path, from a trajectory error amount and a trajectory deviation direction between the position of the probe and the movement path; A speed synthesis unit that calculates a speed synthesis vector obtained by synthesizing the path speed vector, the indentation correction vector, and the trajectory correction vector; and a drive control unit that moves the probe based on the speed synthesis vector, The command output unit outputs the measurement command including a trajectory correction term coefficient set with respect to the angle formed by the indentation correction vector and the trajectory correction vector, and the speed synthesis unit is corrected by the trajectory correction term coefficient. The trajectory correction vector, the path velocity vector, and the indentation correction vector are synthesized.
本発明では、押込み修正ベクトル及び軌道修正ベクトルの為す角度θ(0°〜180°)に対して設定された軌道修正項係数Kを測定指令として取得し、速度合成手段は、経路成分算出部により算出される経路に沿った経路速度ベクトルと、押込み方向成分算出部により算出される押込み修正ベクトルと、軌道修正成分算出部により算出される軌道修正ベクトルを軌道修正項係数により補正したベクトルとを合成した速度合成ベクトルを算出し、駆動制御手段は、この速度合成ベクトルに従ってプローブを駆動させる。 In the present invention, the trajectory correction term coefficient K set with respect to the angle θ (0 ° to 180 °) formed by the indentation correction vector and the trajectory correction vector is acquired as a measurement command, and the speed synthesis means is obtained by the path component calculation unit. The route velocity vector along the calculated route, the indentation correction vector calculated by the indentation direction component calculation unit, and the vector obtained by correcting the trajectory correction vector calculated by the trajectory correction component calculation unit with the trajectory correction term coefficient are combined. The speed synthesis vector is calculated, and the drive control means drives the probe according to the speed synthesis vector.
速度合成手段により、経路速度ベクトル、押込み修正ベクトル、及び軌道修正ベクトルを合成する際、押込み修正ベクトルと、軌道修正ベクトルとの為す角が180°近傍(反対方向)である場合、押込み修正の機能と、軌道修正の機能との両立が困難となり、倣い測定の制御が困難となって振動が発生する場合がある。このような振動が発生すると、プローブの測定子の位置が変化し、測定精度が低下してしまう。
これに対して、本発明では、上記のように、軌道修正ベクトルを軌道修正項係数により補正して、軌道修正ベクトルの大きさを低減させる。これにより、軌道修正ベクトルの影響を小さくして、振動の発生を抑制することができる。したがって、振動発生を抑えた高精度な形状測定を実施することができる。
When combining the path speed vector, the indentation correction vector, and the trajectory correction vector by the speed compositing means, if the angle formed by the indentation correction vector and the trajectory correction vector is near 180 ° (opposite direction), the indentation correction function In addition, it may be difficult to achieve compatibility with the function of correcting the trajectory, and it may be difficult to control the scanning measurement and vibration may occur. When such vibration occurs, the position of the probe probe changes and the measurement accuracy decreases.
In contrast, in the present invention, as described above, the trajectory correction vector is corrected by the trajectory correction term coefficient to reduce the size of the trajectory correction vector. Thereby, the influence of the trajectory correction vector can be reduced and the occurrence of vibration can be suppressed. Therefore, highly accurate shape measurement with suppressed vibration generation can be performed.
本発明の形状測定装置において、前記指令出力部は、複数の角度範囲に対してそれぞれ前記軌道修正項係数が設定された角度係数対応データを含む前記測定指令を出力し、前記速度合成部は、前記角度係数対応データから、前記押込み修正ベクトル及び前記軌道修正ベクトルの為す角度が属する角度範囲に対する前記軌道修正項係数を用いて前記軌道修正ベクトルを補正することが好ましい。
本発明では、角度係数対応データに基づいて、押込み修正ベクトル及び軌道修正ベクトルの為す角度に対する軌道修正項係数を用いて軌道修正ベクトルを補正する。これにより、例えば、押込み修正ベクトル及び軌道修正ベクトルの為す角度に基づいて、軌道修正項係数を算出する場合と比較して、処理の簡略化を図れ、測定時間の短縮を図れる。
In the shape measuring apparatus of the present invention, the command output unit outputs the measurement command including angle coefficient correspondence data in which the trajectory correction term coefficient is set for each of a plurality of angle ranges, and the speed synthesis unit includes: It is preferable that the trajectory correction vector is corrected from the angle coefficient correspondence data using the trajectory correction term coefficient for the angle range to which the angle formed by the indentation correction vector and the trajectory correction vector belongs.
In the present invention, the trajectory correction vector is corrected using the trajectory correction term coefficient for the angle formed by the indentation correction vector and the trajectory correction vector based on the angle coefficient correspondence data. Thereby, for example, the process can be simplified and the measurement time can be shortened as compared with the case of calculating the trajectory correction term coefficient based on the angle formed by the indentation correction vector and the trajectory correction vector.
本発明の形状測定装置において、前記角度範囲に対する前記軌道修正項係数が異なる複数の前記角度係数対応データを記憶する係数データ記憶部と、前記軌道誤差量の最大変化量が、所定の許容値未満であるか否かを判定する精度判定部と、を有し、前記指令出力部は、前記精度判定部により前記軌道誤差量の最大変化量が前記許容値以上であると判定された場合に、前記測定指令に含ませる前記角度係数対応データを変更することが好ましい。
本発明では、精度判定手段により、軌道誤差量の最大変化量が前記許容値以上であると判定された場合、つまり、振動による軌道誤差量が大きく、測定精度が低いと判定された場合に、軌道修正ベクトルを補正するための角度係数対応データを切り替えることができる。これにより、測定条件に応じた最適な軌道修正項係数を選択することができ、測定精度の低下を抑制できる。
In the shape measuring apparatus of the present invention, a coefficient data storage unit that stores a plurality of pieces of angle coefficient correspondence data having different trajectory correction term coefficients for the angle range, and a maximum change amount of the trajectory error amount is less than a predetermined allowable value An accuracy determining unit that determines whether or not the command output unit is determined when the accuracy determining unit determines that the maximum change amount of the trajectory error amount is equal to or greater than the allowable value, It is preferable to change the angle coefficient correspondence data included in the measurement command.
In the present invention, when it is determined by the accuracy determination means that the maximum change amount of the trajectory error amount is equal to or greater than the allowable value, that is, when it is determined that the trajectory error amount due to vibration is large and the measurement accuracy is low, The angle coefficient correspondence data for correcting the trajectory correction vector can be switched. Thereby, the optimal trajectory correction term coefficient according to the measurement conditions can be selected, and a decrease in measurement accuracy can be suppressed.
本発明の形状測定装置において、前記角度範囲の組合せを記録した組合せデータを複数記憶する組合せ記憶部と、前記軌道誤差量の最大変化量が、所定の許容値未満であるか否かを判定する精度判定部と、を備え、前記指令出力部は、前記組合せデータを含む前記測定指令を出力するとともに、前記精度判定部により前記軌道誤差量の最大変化量が前記許容値以上であると判定された場合に、前記測定指令に含ませる前記組合せデータを変更することが好ましい。
本発明では、例えば、角度範囲が0°≦α1<90°、90°≦α2<120°,120°≦α3<180°の組合せとなる組合せデータ、角度範囲が0°≦α1<60°、60°≦α2<90°,90°≦α3<180°の組合せとなる組合せデータ等の、複数の組合せデータが組合せ記憶部に記憶されている。そして、精度判定手段により測定精度が低いと判定された場合に、速度合成手段は、用いる組合せデータを変更することで、押込み修正ベクトルと軌道修正ベクトルとが為す角度が属する角度範囲を変更する。これにより、上記発明と同様に、測定条件に応じた最適な軌道修正項係数を選択することができ、測定精度の低下を抑制できる。
In the shape measuring apparatus of the present invention, a combination storage unit that stores a plurality of combination data in which the combination of the angle ranges is recorded, and determines whether or not the maximum change amount of the trajectory error amount is less than a predetermined tolerance An accuracy determination unit, wherein the command output unit outputs the measurement command including the combination data, and the accuracy determination unit determines that the maximum change amount of the trajectory error amount is equal to or greater than the allowable value. In this case, it is preferable to change the combination data included in the measurement command.
In the present invention, for example, combination data in which the angle range is a combination of 0 ° ≦ α1 <90 °, 90 ° ≦ α2 <120 °, 120 ° ≦ α3 <180 °, the angle range is 0 ° ≦ α1 <60 °, A plurality of combination data such as combination data that is a combination of 60 ° ≦ α2 <90 ° and 90 ° ≦ α3 <180 ° is stored in the combination storage unit. When the accuracy determination unit determines that the measurement accuracy is low, the velocity synthesis unit changes the angle range to which the angle formed by the indentation correction vector and the trajectory correction vector belongs by changing the combination data to be used. Thereby, similarly to the said invention, the optimal track correction term coefficient according to measurement conditions can be selected, and the fall of a measurement precision can be suppressed.
本発明の形状測定装置において、前記指令出力部は、前記被測定物の測定対象区間の曲率を含む前記測定指令を出力し、当該形状測定装置は、前記プローブの位置に対応する前記測定対象区間の曲率が閾値以上である場合に、3点以上の前記プローブの位置から曲線式を算出して、前記被測定物の表面の接線方向を算出し、前記曲率が前記閾値未満である場合に、2点の前記プローブの位置を結ぶ直線に直交する方向を、前記被測定物の表面の接線方向として算出する法線方向算出部を備えることが好ましい。 In the shape measuring apparatus of the present invention, the command output unit outputs the measurement command including a curvature of the measurement target section of the object to be measured, and the shape measuring apparatus corresponds to the measurement target section corresponding to the position of the probe. When the curvature of is equal to or greater than a threshold value, a curve equation is calculated from the positions of the probe at three or more points, the tangential direction of the surface of the object to be measured is calculated, and the curvature is less than the threshold value, It is preferable to provide a normal direction calculation unit that calculates a direction perpendicular to a straight line connecting the positions of the two probes as a tangential direction of the surface of the object to be measured.
設計値倣いのアクティブ制御では、上述のように、プローブの押込み量を一定値に制御する必要がある。この際、被測定物をプローブの測定子との間の摩擦によって、誤った方向に押込み修正ベクトルが算出され、測定誤差の原因となる場合がある。これに対して、特開2013−238573号公報では、被測定物と測定子との摩擦を考慮した押込み修正ベクトルの算出方法について開示されているが、当該方法は、現在の測定子の中心位置と、その前にサンプリングされた以前の測定子の中心位置とを結ぶ直線に対して直交する方向を被測定物の法線方向と見なしている。当該方法は、曲率半径が大きく(曲率が小さく)、被測定物の表面を平面(プローブの移動軌跡が直線又は略直線)である場合に有効であるが、被測定物の形状(表面の曲率)によっては、法線方向に誤差が含まれる可能性がある。 In the active control of design value copying, as described above, it is necessary to control the push-in amount of the probe to a constant value. At this time, an indentation correction vector is calculated in the wrong direction due to friction between the object to be measured and the probe probe, which may cause a measurement error. On the other hand, Japanese Patent Laid-Open No. 2013-238573 discloses a method for calculating an indentation correction vector in consideration of friction between an object to be measured and a measuring element. The direction perpendicular to the straight line connecting the center position of the previous probe sampled before is regarded as the normal direction of the object to be measured. This method is effective when the radius of curvature is large (the curvature is small) and the surface of the object to be measured is flat (the probe movement trajectory is a straight line or a substantially straight line), but the shape of the object to be measured (the curvature of the surface) ), The normal direction may contain an error.
これに対して、本発明では、被測定物の曲率に応じて、曲率が閾値未満であり、曲率半径が大きい場合には、上記方法を用いた法線方向を算出し、曲率が閾値以上であり、曲率半径が小さい場合に、3点以上のプローブ位置(実測値)に基づいて曲線式を算出し、測定点に対応するプローブ位置における法線方向を算出する。例えば、目標の測定子の中心位置(測定点)、及び目標の測定点の前にサンプリングされた以前の測定点をバッファし、目標の測定点の後に次の測定点が測定されると、これらの3点に基づいて2次曲線を算出し、2次曲線における目標の測定点における接線の垂線方向を法線方向として算出する。
これにより、被測定物と測定子との間に摩擦がある場合でも、測定点に対する法線方向をより高精度に算出することができ、測定誤差の影響を抑制した高精度な座標算出を実施でき、測定精度とを向上させることができる。
On the other hand, in the present invention, when the curvature is less than the threshold and the curvature radius is large according to the curvature of the object to be measured, the normal direction using the above method is calculated, and the curvature is equal to or greater than the threshold. Yes, when the radius of curvature is small, a curve equation is calculated based on three or more probe positions (measured values), and a normal direction at the probe position corresponding to the measurement point is calculated. For example, if the center position (measurement point) of the target stylus and the previous measurement point sampled before the target measurement point are buffered and the next measurement point is measured after the target measurement point, Based on these three points, a quadratic curve is calculated, and the perpendicular direction of the tangent line at the target measurement point in the quadratic curve is calculated as the normal direction.
As a result, even when there is friction between the object to be measured and the probe, the normal direction to the measurement point can be calculated with higher accuracy, and highly accurate coordinate calculation that suppresses the influence of measurement errors is performed. Measurement accuracy can be improved.
本発明の形状測定方法は、先端に測定子を有するプローブと、前記測定子を被測定物の表面に倣って移動させる移動機構と、前記測定子と前記被測定物の表面との接触を検出して前記被測定物の形状を測定する形状測定装置の形状測定方法であって、前記被測定物の設計データに基づく前記プローブの移動経路を指令する測定指令を出力する指令出力ステップと、前記測定指令に基づいて、前記移動経路に沿った前記プローブの速度成分ベクトルである経路速度ベクトルを算出する経路成分算出ステップと、前記プローブの前記被測定物への押込み量を検出し、前記押込み量を所定の基準押込み量に修正するための速度成分ベクトルである押込み修正ベクトルを算出する押込み方向成分算出ステップと、前記プローブの現在位置及び前記移動経路に基づいて算出された、前記プローブの位置と前記移動経路との軌道誤差量及び軌道ずれ方向から、前記プローブの位置を前記移動経路上に戻すための速度成分ベクトルである軌道修正ベクトルを算出する軌道修正成分算出ステップと、前記経路速度ベクトル、前記押込み修正ベクトル、及び前記軌道修正ベクトルを合成した速度合成ベクトルを算出する速度合成ステップと、前記速度合成ベクトルに基づいて前記プローブを移動させる駆動制御ステップと、を実施し、前記指令出力ステップにおいて、前記押込み修正ベクトル及び前記軌道修正ベクトルの為す角度に対して設定された軌道修正項係数を含む前記測定指令を出力し、前記速度合成ステップにおいて、前記軌道修正項係数により前記軌道修正ベクトルを補正し、補正された前記軌道修正ベクトル、前記経路速度ベクトル、及び前記押込み修正ベクトルを合成することを特徴とする。
本発明では、上述した発明と同様、軌道修正ベクトルを軌道修正項係数により補正して、軌道修正ベクトルの大きさを低減させる。これにより、軌道修正ベクトルの影響を小さくして、振動の発生を抑制することができる。したがって、振動発生を抑えた高精度な形状測定を実施することができる。
The shape measuring method according to the present invention includes a probe having a probe at the tip, a moving mechanism for moving the probe along the surface of the object to be measured, and detecting contact between the probe and the surface of the object to be measured. A shape measuring method of a shape measuring apparatus for measuring the shape of the object to be measured, the command output step for outputting a measurement command for instructing a movement path of the probe based on design data of the object to be measured; Based on a measurement command, a path component calculating step for calculating a path speed vector that is a speed component vector of the probe along the movement path, and detecting a pressing amount of the probe into the object to be measured, and the pressing amount A pressing direction component calculating step for calculating a pressing correction vector, which is a velocity component vector for correcting the predetermined reference pressing amount, a current position of the probe and the movement A trajectory correction vector, which is a velocity component vector for returning the probe position onto the moving path, is calculated from the trajectory error amount and the trajectory deviation direction between the probe position and the moving path calculated based on the path. A trajectory correcting component calculating step, a speed synthesizing step for calculating a speed synthesized vector obtained by synthesizing the path velocity vector, the indentation correcting vector, and the trajectory correcting vector, and a drive for moving the probe based on the velocity synthesized vector. Control step, and in the command output step, output the measurement command including a trajectory correction term coefficient set with respect to the angle formed by the indentation correction vector and the trajectory correction vector, and in the velocity synthesis step The trajectory correction vector is corrected by the trajectory correction term coefficient and corrected. Serial trajectory correction vector, the path velocity vector, and characterized by combining said push correction vector.
In the present invention, similarly to the above-described invention, the trajectory correction vector is corrected by the trajectory correction term coefficient to reduce the size of the trajectory correction vector. Thereby, the influence of the trajectory correction vector can be reduced and the occurrence of vibration can be suppressed. Therefore, highly accurate shape measurement with suppressed vibration generation can be performed.
[第一実施形態]
以下、本発明に係る第一実施形態について、図面に基づいて説明する。
〔三次元測定機の概略構成〕
図1は、本発明に係る一実施形態の形状測定装置である三次元測定機1を示す全体模式図である。図2は、三次元測定機1の概略構成を示すブロック図である。
なお、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。
三次元測定機1は、図1に示すように、三次元測定機本体2と、三次元測定機本体2の駆動制御を実行するモーションコントローラー3と、操作レバー等を介してモーションコントローラー3に指令を与え、三次元測定機本体2を手動で操作するための操作手段4と、モーションコントローラー3に所定の指令を与えるとともに、演算処理を実行するホストコンピューター5と、を備える。
[First embodiment]
Hereinafter, a first embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[Schematic configuration of CMM]
FIG. 1 is an overall schematic diagram showing a coordinate measuring
In FIG. 1, the upper direction is defined as the + Z-axis direction, and two axes orthogonal to the Z-axis are described as the X-axis and the Y-axis, respectively. The machine coordinate system is defined by the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. The same applies to the following drawings.
As shown in FIG. 1, the coordinate measuring
〔三次元測定機本体の構成〕
三次元測定機本体2は、図1に示すように、被測定物を測定するための球状の測定子211Aを有するプローブ21と、プローブ21を保持するとともに、プローブ21を移動させる移動機構22と、移動機構22が立設される定盤23とを備える。
プローブ21は、図1に示すように、測定子211Aを先端側(−Z軸方向側)に有するスタイラス211と、スタイラス211の基端側(+Z軸方向側)を支持する支持機構212とを備える。
[Configuration of CMM body]
As shown in FIG. 1, the coordinate measuring machine
As shown in FIG. 1, the
支持機構212は、スタイラス211をX,Y,Z軸の各軸方向に付勢することで所定位置に位置決めするように支持する。そして、支持機構212は、外力が加わった場合、すなわち測定子211Aが被測定物に当接した場合には、スタイラス211を一定の範囲内でX,Y,Z軸の各軸方向に移動可能としている。
この支持機構212は、具体的な図示は省略したが、スタイラス211の各軸方向の位置をそれぞれ検出するためのプローブセンサーを備える。
なお、各プローブセンサーは、スタイラス211の各軸方向の移動量に応じたパルス信号を出力する位置センサーである。
The
Although not specifically shown, the
Each probe sensor is a position sensor that outputs a pulse signal corresponding to the amount of movement of the
移動機構22は、図1または図2に示すように、プローブ21を保持するとともに、プローブ21のスライド移動を可能とするスライド機構24と、スライド機構24を駆動することでプローブ21を移動させる駆動機構25とを備える。
スライド機構24は、図1に示すように、定盤23におけるX軸方向の両端から+Z軸方向に延出し、Y軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられる2つのコラム241と、各コラム241にて支持され、X軸方向に沿って延出するビーム242と、Z軸方向に沿って延出する筒状に形成され、ビーム242上をX軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられるスライダ243と、スライダ243の内部に挿入されるとともに、スライダ243の内部をZ軸方向に沿ってスライド移動可能に設けられるラム244とを備える。
As shown in FIG. 1 or FIG. 2, the moving
As shown in FIG. 1, the
駆動機構25は、図1または図2に示すように、各コラム241のうち、+X軸方向側のコラム241を支持するとともに、Y軸方向に沿ってスライド移動させるY軸駆動部251Yと、ビーム242上をスライドさせてスライダ243をX軸方向に沿って移動させるX軸駆動部251X(図2)と、スライダ243の内部をスライドさせてラム244をZ軸方向に沿って移動させるZ軸駆動部251Z(図2)とを備える。
As shown in FIG. 1 or 2, the
X軸駆動部251X、Y軸駆動部251Y、及びZ軸駆動部251Zには、具体的な図示は省略したが、スライダ243、各コラム241、及びラム244の各軸方向の位置を検出するためのスケールセンサーがそれぞれ設けられている。
なお、各スケールセンサーは、スライダ243、各コラム241、及びラム244の移動量に応じたパルス信号を出力する位置センサーである。
Although not specifically shown in the
Each scale sensor is a position sensor that outputs a pulse signal corresponding to the amount of movement of the
〔モーションコントローラーの構成〕
モーションコントローラー3は、図2に示すように、指令取得部31と、カウンタ部32と、演算処理部33と、プローブ指令部34と、駆動制御部35と、記憶部36とを備える。なお、記憶部36は、倣い測定処理により得られた測定データや軌道誤差(後述)等を記憶する記憶領域を有する。また、記憶部36は、測定子の中心点を一時的に記憶するバッファとしても機能する。
[Configuration of motion controller]
As shown in FIG. 2, the
指令取得部31は、ホストコンピューター5から、プローブ21を駆動させるためのPCCデータや角度係数対応データ、組合せデータを含む測定指令を取得する。なお、角度係数対応データ、組合せデータについては後述する。
カウンタ部32は、上述した各スケールセンサーから出力されるパルス信号をカウントしてスライド機構24の移動量を計測するとともに、上述した各プローブセンサーから出力されるパルス信号をカウントしてスタイラス211の移動量を計測する。
演算処理部33は、カウンタ部32にて計測されたスライド機構24及びスタイラス211の各移動量に基づいて、測定子211Aの位置(以下、プローブ位置)を算出する。そして、演算処理部33は、算出したプローブ位置を記憶部36に記憶させる。
また、演算処理部33は、カウンタ部32にて計測されたスタイラス211の移動量(各プローブセンサーの検出値(Px,Py,Pz))に基づいて、以下の式(1)に示すように、測定子211Aの押込み量(ベクトルEpの絶対値)を算出する。
The
The
The
Further, the
プローブ指令部34は、演算処理部33にて算出されたプローブ位置及び押込み量と、指令取得部31にて取得された測定指令とに基づいて、測定子211Aを被測定物Wに押し込んだ状態で、被測定物Wの表面に倣って測定子211Aを移動させるためのプローブ指令値(速度合成ベクトル)を算出する。
具体的には、プローブ指令部34は、経路成分算出部341、押込み方向成分算出部342、軌道修正成分算出部343、及び速度合成部344を備える。
The
Specifically, the
経路成分算出部341は、PCCデータに基づくプローブ21の経路に沿った速度成分ベクトル(経路速度ベクトル)を算出する。
押込み方向成分算出部342は、演算処理部33で算出された押込み量に基づいて、押込み量を予め設定された基準押込み量に戻すための、押込み方向への速度成分ベクトル(押込み修正ベクトル)を算出する。
The path
The pushing direction
軌道修正成分算出部343は、測定子211Aの現在位置と、経路情報の経路とに基づいて、測定子211Aを経路上に戻すための速度成分ベクトル(軌道修正ベクトル)を算出する。
速度合成部344は、押込み修正ベクトル及び軌道修正ベクトルの為す角度を検出し、測定指令に含まれる角度係数データ及び角度範囲組合せデータに基づいて軌道修正項係数を選択する。そして、経路速度ベクトル、押込み修正ベクトル、及び軌道修正項係数により補正した軌道修正ベクトルを合成して速度合成ベクトルを算出し、駆動制御部35に出力する。
なお、プローブ指令部34による詳細な処理については後述する。
駆動制御部35は、プローブ指令部34にて算出されたプローブ指令値に基づいて、駆動機構25を制御してプローブ21を移動させる。
The trajectory correction
The
Detailed processing by the
The
〔ホストコンピューターの構成〕
ホストコンピューター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ー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。また、ホストコンピューター5は、入力手段61及び出力手段62を備える。なお、入力手段61は、三次元測定機1における測定条件等をホストコンピューター5に入力するものであり、出力手段62は、三次元測定機1による測定結果を出力するものである。
このホストコンピューター5は、図2に示すように、記憶部51を備えており、この記憶部51には、三次元測定機1を制御するための各種データや各種プログラムが記憶されている。
また、記憶部51は、係数データベース(係数DB)、組合せデータベース(組合せDB)を備えている。係数DBには、角度係数対応データが複数記憶され、組合せデータベースには、組合せデータが複数記憶されている。すなわち、記憶部51は、本発明の係数データ記憶部、組合せ記憶部を構成する。
係数DBには、押込み修正ベクトルと軌道修正ベクトルとが為す角度θに対する軌道修正項係数を示す角度係数対応データが記録される。また、組合せDBには、押込み修正ベクトルと軌道修正ベクトルとが為す角度θの角度範囲の組合せを示す組合せデータが記録されている。
[Configuration of host computer]
The
As shown in FIG. 2, the
The
In the coefficient DB, angle coefficient correspondence data indicating the trajectory correction term coefficient with respect to the angle θ formed by the indentation correction vector and the trajectory correction vector is recorded. Further, combination data indicating a combination of angle ranges of the angle θ formed by the indentation correction vector and the trajectory correction vector is recorded in the combination DB.
ここで、押込み修正ベクトルと軌道修正ベクトルとが為す角度θ、及び角度範囲について説明する。
図3は、押込み修正ベクトルと軌道修正ベクトルとが為す角度θを説明するための図である。
図3に示すように、押込み修正ベクトル(Ve)の始点を原点、ベクトル方向を0°とした際に、軌道修正ベクトル(Vc)が取り得る方向は、原点を中心に全方向になり得る。
ここで、本実施形態では、図3に示すように、押込み修正ベクトル(Ve)をX軸とした際の、軌道修正ベクトル(Vc)の方向を角度毎に区分する。具体的には、角度θが0≦θ<α1となる角度範囲、α1≦θ<α1+α2となる角度範囲、α1+α2≦θ≦α1+α2+α3(=180°)となる角度範囲に区分する。なお、図3には、角度範囲の区分例を平面的に表示しているが、実際には、押込み修正ベクトル(Ve)を軸とした三次元範囲であり、0≦θ<α1、α1+α2≦θ≦α1+α2+α3の角度範囲は、押込み修正ベクトル(Ve)の方向を軸とした円錐領域となり、α1≦θ<α1+α2の角度範囲は、上記2つの円錐領域以外の領域となる。
また、本実施形態では、0°から180°の角度を、α1、α2、α3の角度で3分割して角度範囲を設定する例を示すが、0°から180°の角度を2つ、又は4つ以上に分割した角度範囲αkが設定されていてもよい。
Here, the angle θ and the angle range formed by the indentation correction vector and the trajectory correction vector will be described.
FIG. 3 is a diagram for explaining the angle θ formed by the indentation correction vector and the trajectory correction vector.
As shown in FIG. 3, when the starting point of the indentation correction vector (Ve) is the origin and the vector direction is 0 °, the direction that the trajectory correction vector (Vc) can take can be all directions around the origin.
Here, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the direction of the trajectory correction vector (Vc) when the indentation correction vector (Ve) is taken as the X axis is divided for each angle. Specifically, the angle θ is divided into an angle range where 0 ≦ θ <α1, an angle range where α1 ≦ θ <α1 + α2, and an angle range where α1 + α2 ≦ θ ≦ α1 + α2 + α3 (= 180 °). In FIG. 3, an example of the angular range segmentation is shown in a plane, but in reality, it is a three-dimensional range with the indentation correction vector (Ve) as the axis, and 0 ≦ θ <α1, α1 + α2 ≦ The angle range of θ ≦ α1 + α2 + α3 is a conical region with the direction of the indentation correction vector (Ve) as an axis, and the angle range of α1 ≦ θ <α1 + α2 is a region other than the two conical regions.
In this embodiment, an example in which an angle range is set by dividing an angle from 0 ° to 180 ° into three by α1, α2, and α3, but two angles from 0 ° to 180 °, or An angle range αk divided into four or more may be set.
下記表1は、係数DBの一例を示す図である。
係数DBは、表1に示すように、複数(本実施形態では例えば2つ)の角度係数対応データを記録している。各角度係数対応データには、上述した各角度範囲に対する軌道修正項係数Kiが記録されている。なお、本実施形態では、表1における軌道修正項係数K1がデフォルト値であり、倣い測定において、軌道誤差が大きくなり、離脱エラーや押込みエラーが発生する場合に軌道修正項係数K2に切り替えられる。
Table 1 below shows an example of the coefficient DB.
As shown in Table 1, the coefficient DB records a plurality (for example, two in this embodiment) of angle coefficient correspondence data. In each angle coefficient correspondence data, the trajectory correction term coefficient Ki for each angle range described above is recorded. In the present embodiment, the trajectory correction term coefficient K1 in Table 1 is the default value, and the trajectory error becomes large in the scanning measurement, and the trajectory correction term coefficient K2 is switched to when a separation error or a push-in error occurs.
下記表2は、組合せDBの一例を示す図である。
組合せDBは、表2に示すように、複数(本実施形態では例えば2つ)の組合せデータを記録している。各組合せデータには、上述した各角度範囲における区分角度αkの組合せβjを記録している。つまり、本実施形態では、組合せβj毎にそれぞれ区分角度α1、α2、α3の角度が記録されている。なお、本実施形態では、表2における組合せβ1がデフォルト値であり、振動的な挙動により軌道誤差が大きくなり、離脱エラーや押込みエラーが発生する場合に組合せβ2に切り替えられる。
Table 2 below shows an example of the combination DB.
As shown in Table 2, the combination DB records a plurality of (for example, two in this embodiment) combination data. In each combination data, a combination βj of the segment angles αk in each angle range described above is recorded. That is, in the present embodiment, the angles of segment angles α1, α2, and α3 are recorded for each combination βj. In the present embodiment, the combination β1 in Table 2 is the default value, and the trajectory error increases due to the vibrational behavior, and when the separation error or the push-in error occurs, the combination β2 is switched.
また、ホストコンピューター5のCPUは、記憶部51に記憶されたプログラムを読み込み実行することで、情報取得部52、経路設定部53、指令出力部54、精度判定部55、及び形状解析部56として機能する。
情報取得部52は、CADシステム(図示略)から被測定物W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53は、情報取得部52により取得した設計情報に基づいて、プローブ21を移動させる移動経路(PCCデータ)を設定する。
指令出力部54は、設定されたPCCデータ、軌道修正項係数Kiが記録された角度係数対応データ、及び角度範囲の組合せβjを含む測定指令をモーションコントローラー3に出力する。
In addition, the CPU of the
The
The
The
精度判定部55は、倣い測定時において算出された軌道誤差に基づいて、測定精度が十分であるか否かを判定する。具体的には、最大軌道誤差の変化量を取得し、当該変化量が許容値未満となっているか否かを判定する。
形状解析部56は、モーションコントローラー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。
The
The
[三次元測定機の動作]
次に、上述したような三次元測定機1の動作について説明する。
図4は、本実施形態における形状測定方法を示すフローチャートである。
本実施形態では、被測定物Wの表面形状を測定する際、ホストコンピューター5の情報取得部52は、CADシステムから設計データ(NURBS)を取得する(ステップS1)。
[Operation of CMM]
Next, the operation of the coordinate measuring
FIG. 4 is a flowchart showing the shape measuring method in the present embodiment.
In this embodiment, when measuring the surface shape of the workpiece W, the
この後、経路設定部53は、取得した設計データに基づいてPCCデータを算出する(ステップS2)。
図5は、本実施形態において設計データに対して設定されるPCC曲線(プローブの移動経路)、補間点、被測定物の表面、及び当該表面に対して倣い測定を実施した際に測定された実際のCMM軌道の一例を示す図である。なお、実際のCMM軌道は、演算処理部33により算出されたプローブ位置PPの軌跡を示している。
具体的には、経路設定部53は、図5に示すように、測定子211Aの半径Rから基準押込み量E0を減じた値をオフセット量として、設計データから当該オフセット量だけ法線方向に移動した曲線をPCC曲線として設定する。また、算出されたPCC曲線上に複数の補間点を設定する。これらの補間点間を結ぶ直線が、プローブを移動させる際の移動経路となる。
また、アクティブ制御の倣い測定において、経路設定部53は、PCC曲線に対して、所定の許容範囲(本実施形態では、図5に示すように、半径r=1.5mmの円筒)を設定する。プローブ位置が許容範囲内であれば軌道誤差許容範囲外エラーは発生しない。
Thereafter, the
FIG. 5 is measured when the PCC curve (probe movement path), the interpolation point, the surface of the object to be measured, and the surface of the object to be measured, which are set for the design data in this embodiment, are copied. It is a figure which shows an example of an actual CMM orbit. The actual CMM trajectory indicates the trajectory of the probe position PP calculated by the
Specifically, as shown in FIG. 5, the
Further, in the active control scanning measurement, the
次に、指令出力部54は、軌道修正項係数Ki、組合せβを設定するための変数i,jを初期化(i=1,j=1)する(ステップS3)。
そして、指令出力部54は、記憶部51の係数DBから、変数i,jに対応した軌道修正項係数Kiを記録する角度係数対応データ、組合せDBから変数jに対応した組合せβjを測定指令値に含まれるデータとして取得する。すなわち、DATA(K)=Ki,DATA(β)=βjとしてセットする(ステップS4)。
そして、指令出力部54は、ステップS2で算出されたPCCデータと、角度係数対応データDATA(K)と、組合せDATA(β)とを含む測定指令をモーションコントローラー3に出力する(ステップS5)。
Next, the
Then, the
Then, the
モーションコントローラー3では、指令取得部31によりホストコンピューター5から測定指令を取得すると、経路成分算出部341は、取得したPCCデータと、補間点により分割された各分割PCC曲線の曲率とに基づいて、経路速度ベクトルVfを算出する(ステップS6)。ここで、経路成分算出部341は、PCC曲線群をM個の分割PCC曲線に分割した場合、各分割PCC曲線(l)(l=1〜M)に対して、それぞれ経路速度ベクトルVfを生成する。
In the
この後、駆動制御部35により倣い測定が実施される(ステップS7)。このステップS7では、演算処理部33は、例えば一定のサンプリング間隔でカウンタ部32にて計測されたスライド機構24及びスタイラス211の各移動量を取り込む。そして、演算処理部33は、取り込んだスライド機構24及びスタイラス211の各移動量に基づいて、プローブ位置を算出するとともに、上述した式(1)に基づいて測定子211Aの押込み量を算出する。また、プローブ位置PPと、PCC曲線における隣り合う補間点(i)(i+1)間の直線(補間直線(i))との距離である軌道誤差Lの変化量dLを算出し、さらに、その軌道誤差Lが振動的に変化しているか否かを判定するために変化量微分値d2Lを算出する(ステップS8)。
具体的には、演算処理部33は、前回サンプリングした軌道誤差をLn−1、今回サンプリングした軌道誤差をLnとして、dLn=Ln−Ln−1を算出し、d2Ln=dLn−dLn−1を算出する。
Thereafter, the scanning control is performed by the drive control unit 35 (step S7). In step S <b> 7, the
Specifically, the
ステップS8の後、プローブ指令部34は、算出されたプローブ位置PPが、PCC曲線の終点であるか否かを判定する(ステップS9)。
ステップS9において、「No」と判定された場合、プローブ21の駆動速度を算出して、算出した駆動速度でプローブ21を駆動させる。
図6は、測定子211Aの軌道、及び測定子211Aに係る各速度成分ベクトルを示す図である。
まず、押込み方向成分算出部342は、プローブ21の被測定物Wへの押込み量を予め設定された基準押込み量E0に修正するための押込み修正ベクトルを算出する(ステップS10)。
具体的には、押込み方向成分算出部342は、下記式(2)に基づいて、押込み修正ベクトルVeを算出する。
After step S8, the
When it is determined as “No” in step S9, the driving speed of the
FIG. 6 is a diagram showing the trajectory of the
First, push direction
Specifically, the indentation direction
式(2)において、Aは、定数、E0は、基準押込み量であり、予め設定された値を用いることができる。ベクトルEpの絶対値は、ステップS8により算出されるプローブ21の押込み量であり、ベクトルeuは、押込み方向における単位ベクトルである。ここで、本実施形態では、ベクトルeuとして、プローブ21の変位方向(振れ方向)の単位ベクトルを算出する。
In Expression (2), A is a constant, E 0 is a reference indentation amount, and a preset value can be used. The absolute value of the vector Ep is the indentation of the
次に、軌道修正成分算出部343は、プローブ位置PPと、ステップS2により設定された移動経路(PCC曲線)とに基づいて、プローブ位置PPが経路から逸れた場合の軌道修正ベクトルVcを算出する(ステップS11)。
具体的には、軌道修正成分算出部343は、軌道誤差Lの絶対値をベクトルの大きさとし、プローブ位置PPから点Pに向かう方向を軌道修正方向とした軌道修正ベクトルVcを算出する。
Next, the trajectory correction
Specifically, the trajectory correction
次に、速度合成部344は、押込み修正ベクトルVeと、軌道修正ベクトルVcとの為す角度θを算出する(ステップS12)。この角度θは、ベクトル内積(Ve,Vc)を算出することで、cosθ=(Ve,Vc)/|Ve||Vc|として算出できる。
この後、速度合成部344は、測定指令に含まれる組合せDATA(β)から、ステップS12により算出された角度θが属する角度範囲を特定し、測定指令に含まれる角度係数対応データDATA(K)から、特定された角度範囲に対応した軌道修正項係数Kiを取得する(ステップS13)。
そして、速度合成部344は、ステップS11により算出された軌道修正ベクトルVcに対して軌道修正項係数Kiをかけ合せて補正し、この補正された軌道修正ベクトルVcと、経路速度ベクトルVfと、押込み修正ベクトルVeと、軌道修正ベクトルVcを合成して、速度合成ベクトルVを算出する(ステップS14)。
なお、経路速度ベクトルVfとしては、ステップS8により検出されたプローブ位置PPに対応した分割PCC曲線に対応する速度ベクトルを用いる。プローブ位置PPが経路から外れている場合は、プローブ位置PPから経路に下した垂線の足である点Pが所属する分割PCC曲線での経路速度ベクトルを取得すればよい。
具体的には、ステップS14では、速度合成部344は、以下の式(3)に基づいて、速度合成ベクトルVを算出する。
Next, the
Thereafter, the
Then, the
As the path velocity vector Vf, a velocity vector corresponding to the divided PCC curve corresponding to the probe position PP detected in step S8 is used. When the probe position PP is out of the path, a path velocity vector on the divided PCC curve to which the point P that is a leg of a perpendicular line descending from the probe position PP belongs may be acquired.
Specifically, in step S14, the
上記式(3)において、Gfは、倣い駆動ゲイン(経路速度ゲイン)、Geは、押込み方向修正ゲイン、Gcは軌道修正ゲインである。
ここで、ステップS8において算出される押込み量(ベクトルEpの絶対値)と、予め設定された基準押込み量(E0)との差分値をE、軌道誤差をLとして、倣い駆動ゲインGfは、関数f1(L,E)を適用する。この関数f1(L,E)は、差分値Eが所定の第一閾値より大きく、かつ軌道誤差Lが所定の第二閾値よりも大きい場合に、差分値Eが第一閾値以下である場合、及び軌道誤差Lが第二閾値以下である場合の少なくともいずれか一方を満たす場合に比べて、小さい値を返す関数である。
また、押込み方向修正ゲインGeは、関数f2(E)を適用する。この関数f2(E)は、差分値Eが第一閾値以下である場合に、差分値Eが第一閾値より大きい場合に比べて、小さい値を返す関数である。
また、軌道修正ゲインGcは、関数f3(L)を適用する。この関数f3(L)は、軌道誤差Lが第二閾値以下である場合に、軌道誤差Lが第二閾値より大きい場合に比べて、小さい値を返す関数である。
In the above equation (3), Gf is a scanning drive gain (path speed gain), Ge is a pushing direction correction gain, and Gc is a trajectory correction gain.
Here, assuming that the difference value between the push amount calculated in step S8 (the absolute value of the vector Ep) and a preset reference push amount (E 0 ) is E, and the trajectory error is L, the scanning drive gain Gf is The function f 1 (L, E) is applied. This function f 1 (L, E) is obtained when the difference value E is less than or equal to the first threshold when the difference value E is greater than the predetermined first threshold and the trajectory error L is greater than the predetermined second threshold. , And a function that returns a smaller value than when satisfying at least one of the cases where the trajectory error L is equal to or less than the second threshold value.
Further, the function f 2 (E) is applied to the pushing direction correction gain Ge. This function f 2 (E) is a function that returns a smaller value when the difference value E is less than or equal to the first threshold value, compared to when the difference value E is greater than the first threshold value.
Further, the function f 3 (L) is applied to the trajectory correction gain Gc. This function f 3 (L) is a function that returns a smaller value when the trajectory error L is less than or equal to the second threshold value compared to when the trajectory error L is greater than the second threshold value.
そして、速度合成部344は、算出した速度合成ベクトルVをプローブ指令値として駆動制御部35に入力する。これにより、プローブ21が速度合成ベクトルVに基づいて駆動される(ステップS15)。この後、ステップS8の処理に戻り、サンプリング間隔でプローブ位置PP及び押込み量の算出を実施し、プローブ位置PPが終点に到達するまで、上記ステップS8からステップS15の処理を繰り返す。
Then, the
一方、プローブ位置PPが終点に到達すると、上述したステップS9の処理において、「Yes」と判定される。この場合、ホストコンピューター5は、モーションコントローラー3から、測定データ(各プローブ位置PPの測定値、及び軌道誤差Lの変化量微分値d2Lnの最大値d2Lmax(変化量微分最大値)を取得する(ステップS16)。
On the other hand, when the probe position PP reaches the end point, “Yes” is determined in the process of step S9 described above. In this case, the
そして、精度判定部55は、取得した変化量微分最大値d2Lmaxが、所定の許容値d2La未満となるか否かを判定する(ステップS17)。すなわち、変化量微分最大値d2Lmaxが、所定の許容値d2La以上となる場合では、軌道誤差Lの変化量の最大値が大きく、測定データが振動的に変化しているので、測定精度が低いと判定する。なお、この許容値d2Laは、三次元測定機1とプローブ21との組み合わせから決まる軌道誤差に基づいて予め設定された値となる。
ステップS17において、「Yes」と判定された場合は、形状解析部56により得られた測定データに基づく被測定物Wの形状解析処理が実施され、測定処理が終了される。
一方、ステップS17において、「No」と判定された場合は、指令出力部54は、変数iに1を加算し(ステップS18)、変数iが最大値imax(上記表1の例では、imax=2)を超えたか否かを判定する(ステップS19)。ステップS19において、「No」と判定された場合は、ステップS4に戻る。すなわち、指令出力部54は、DATA(K)として、次の軌道修正項係数Kiに対応する角度係数対応データをセットし、モーションコントローラー3に出力する。これにより、軌道修正項係数Kiが切り替えられて再度倣い測定処理が実施され、軌道誤差Lが振動的に変化しているか否かが判定されることになる。
Then, the
If it is determined as “Yes” in step S <b> 17, the shape analysis process of the workpiece W based on the measurement data obtained by the
On the other hand, if “No” is determined in step S17, the
ステップS19において「Yes」と判定された場合は、指令出力部54は、変数iを初期化(i=1)し、変数jに1を加算する(ステップS20)。そして、変数jが最大値jmax(上記表2の例では、jmax=2)を超えたか否かを判定する(ステップS21)。
ステップS21において、「No」と判定された場合は、ステップS4に戻る。すなわち、指令出力部54は、DATA(β)として、次の組合せβjをセットし、モーションコントローラー3に出力する。これにより、軌道修正項係数Kiを設定するための角度範囲が変更されて再度倣い測定処理が実施され、軌道誤差Lが振動的に変化しているか否かが判定されることになる。
If “Yes” is determined in step S19, the
If it is determined “No” in step S21, the process returns to step S4. That is, the
ステップS21において「Yes」と判定された場合は、ホストコンピューター5は、例えば、ディスプレイ等の出力手段から、警告通知を行う。すなわち、係数DBや組合せDBに記録された軌道修正項係数Kiや組合せβjでは、十分な軌道精度が得られないため、軌道修正項係数Kiや組合せβjの見直しを促す通知や、その他の振動原因の通知を行う。
If “Yes” is determined in step S21, the
[本実施形態の作用効果]
本実施形態では、指令出力部54は、押込み修正ベクトルVe及び軌道修正ベクトルVcの為す角度θに対する軌道修正項係数Kiを含む測定指令を出力し、モーションコントローラーの速度合成部344は、経路速度ベクトルVfと、押込み修正ベクトルVeと、軌道修正項係数Kiにより補正された軌道修正ベクトルVcとを合成した速度合成ベクトルVを算出する。
このように、軌道修正ベクトルVcを軌道修正項係数Kiにより補正して、軌道修正ベクトルの大きさを低減させることで、押込み修正ベクトルVeと軌道修正ベクトルVcとが互いに打ち消し合う方向に働く場合でも、軌道修正ベクトルの影響を小さくすることができる。したがって、振動の発生を抑制することができ、高精度な形状測定を実施することができる。
[Operational effects of this embodiment]
In the present embodiment, the
In this way, even when the indentation correction vector Ve and the trajectory correction vector Vc work in the direction of canceling each other, the trajectory correction vector Vc is corrected by the trajectory correction term coefficient Ki to reduce the size of the trajectory correction vector. The influence of the trajectory correction vector can be reduced. Therefore, generation | occurrence | production of a vibration can be suppressed and a highly accurate shape measurement can be implemented.
本実施形態では、指令出力部54は、複数の角度範囲に対してそれぞれ軌道修正項係数Kiが設定された角度係数対応データDATA(K)をモーションコントローラー3に出力する。そして、速度合成部344は、角度θが属する角度範囲を特定し、角度係数対応データDATA(K)から、特定した角度範囲に対応する軌道修正項係数Kiを取得する。
これにより、軌道修正項係数Kiを算出する場合等に比べて、容易に、軌道修正項係数Kiを取得することができ、処理の簡略化及び測定時間の短縮を図れる。
In the present embodiment, the
As a result, the trajectory correction term coefficient Ki can be obtained more easily than when the trajectory correction term coefficient Ki is calculated, and the processing can be simplified and the measurement time can be shortened.
本実施形態では、精度判定部55は、測定精度が軌道誤差Lnの変化量微分値d2Lnの最大値d2Lmaxが、許容値d2La以上である場合に、測定精度が低いと判定する。この場合、指令出力部54は、変数iに1を加算して、角度係数対応データを切り替えてDATA(K)にセットし、測定指令に含ませてモーションコントローラー3に出力する。
したがって、測定精度が低いと判定された場合には、軌道修正項係数Kiが順次切り替えられることになる。これにより、測定条件に応じた最適な軌道修正項係数Kiを選択することができ、測定精度の低下を抑制できる。
In the present embodiment, the
Therefore, when it is determined that the measurement accuracy is low, the trajectory correction term coefficient Ki is sequentially switched. Thereby, the optimal trajectory correction term coefficient Ki according to the measurement conditions can be selected, and a decrease in measurement accuracy can be suppressed.
本実施形態では、精度判定部55により測定精度が低いと判定された場合、指令出力部54は、変数jに1を加算して、角度範囲の組合せβjを切り替えてDATA(β)にセットし、測定指令に含ませてモーションコントローラー3に出力する。
これにより、押込み修正ベクトルVeと軌道修正ベクトルVcとが為す角度θが属する角度範囲を変更することができ、これにより、軌道修正項係数Kiも切り替えられる。したがって、上記発明と同様に、測定条件に応じた最適な軌道修正項係数を選択することができ、測定精度の低下を抑制できる。
In the present embodiment, when the
Thereby, the angle range to which the angle θ formed by the push correction vector Ve and the trajectory correction vector Vc belongs can be changed, and the trajectory correction term coefficient Ki is also switched. Therefore, similarly to the above-described invention, the optimum trajectory correction term coefficient corresponding to the measurement condition can be selected, and a decrease in measurement accuracy can be suppressed.
[第二実施形態]
以下、本発明に係る第二実施形態について、図面に基づいて説明する。
上記第一実施形態では、測定子211Aと被測定物Wとの摩擦による影響を考慮していないが、第二実施形態では、当該摩擦の影響を考慮した倣い測定を実施する点で上記第一実施形態と相違する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.
In the first embodiment, the influence of friction between the
本実施形態では、図1及び図2に示す第一実施形態の三次元測定機1と同様の構成を有する。したがって、本実施形態における三次元測定機の概略構成の説明については省略する。
本実施形態では、指令出力部54は、設計データから、被測定物の測定区間における曲率を取得し、当該曲率を測定指令に含ませる。
In this embodiment, it has the same structure as the coordinate measuring
In the present embodiment, the
また、モーションコントローラー3の演算処理部33は、本発明の法線方向算出部としても機能する。すなわち、演算処理部33は、プローブ位置PPに対応するセグメント区間における曲率(測定指令に含まれる曲率)を取得し、当該曲率が予め設定された所定の閾値以上であるか否かを判定する。そして、演算処理部33は、曲率が閾値以上である場合は、サンプリング間隔で測定された3点のプローブ位置の座標を通る2次曲線に基づいて、被測定物Wの法線方向を算出する。また、演算処理部33は、曲率が閾値未満である場合は、サンプリング間隔で測定された2点のプローブ位置の座標を通る直線に基づいて、被測定物Wの法線方向を算出する。
The
以下、本実施形態における形状測定方法について説明する。
本実施形態では、例えば、指令出力部54は、設計データに基づく被測定物Wの測定対象区間の曲率を含む測定指令をモーションコントローラー3に出力する。例えば、図4におけるステップS5において、被測定物Wの曲率を含む測定指令を出力する。
その後、倣い測定処理(例えば、図4におけるステップS7〜ステップS9)において、以下の処理を実施する。
図7は、第二実施形態における形状測定方法における摩擦対策処理を考慮した倣い測定処理を示すフローチャートである。
図7に示すように、本実施形態では、まず、倣いアプローチ処理を実施する(ステップS31)。このステップS31では、測定子211Aを、倣い開始点(PCC曲線における最初の補間点)に移動させて測定子中心を位置決めする。
次に、駆動制御部35は、記憶部36における測定子211Aの中心点を登録するための測定子中心点登録バッファ(以降、単にバッファを称す)を初期化する(ステップS32)。すなわち、バッファの値をゼロにセットする。
Hereinafter, the shape measuring method in this embodiment will be described.
In the present embodiment, for example, the
Thereafter, in the scanning measurement process (for example, step S7 to step S9 in FIG. 4), the following process is performed.
FIG. 7 is a flowchart showing a scanning measurement process considering the friction countermeasure process in the shape measurement method according to the second embodiment.
As shown in FIG. 7, in the present embodiment, first, a copying approach process is performed (step S31). In this step S31, the
Next, the
この後、駆動制御部35は、倣い測定処理を実施する(ステップS33)。このステップS33では、上述した第一実施形態と同様に設計値倣いのアクティブ制御を実施するとともに、バッファの更新を行う。すなわち、サンプリング間隔毎の測定子211Aの中心点座標が順次バッファに記録及び更新される。本実施形態では、バッファに記録される測定子の中心点座標は、少なくとも3つ以上であればよく、本実施形態では5つの測定子の中心点の座標をバッファに記録可能であり、順次更新していく。
Thereafter, the
次に、駆動制御部35は、プローブ21がPCC曲線における終点に到着したか否か、つまり終了条件を満たすか否かを判定する(ステップS34)。このステップS34において「Yes」と判定された場合は、倣い測定処理を終了させる。
Next, the
また、ステップS34において、「No」と判定された場合は、演算処理部33は、例えば操作者の設定入力により、摩擦対策処理を示す指令があるか否かを判定する(ステップS35)。ステップS35において、「No」と判定された場合、後述するステップS42に進み、演算処理部33は、接点座標を算出する。なお、接点座標の算出方法については後述する。
If it is determined as “No” in step S34, the
ステップS35において、「Yes」と判定された場合、演算処理部33は、測定指令に含まれる被測定物Wの曲率から、現在のプローブ位置に対応した曲率を特定し、当該曲率が、所定閾値以上であるか否かを判定する(ステップS36)。
なお、曲率は曲率半径Rの逆数1/Rであり、上記閾値として、本実施形態では、例えばR=100mmを採用することができる。すなわち、本実施形態では、曲率が1/100以上であるか否かを判定する。
このステップS36において、「No」と判定された場合、演算処理部33は、バッファに記録された2つの測定子211Aの中心点に基づいて、所定位置における被測定物Wの法線方向を算出する(ステップS37)。
If it is determined as “Yes” in step S <b> 35, the
The curvature is a reciprocal 1 / R of the radius of curvature R, and for example, R = 100 mm can be adopted as the threshold value in the present embodiment. That is, in this embodiment, it is determined whether the curvature is 1/100 or more.
If it is determined “No” in step S36, the
以下、ステップS37の処理について説明する。
図8は、2点を用いた法線方向の設定方法を説明するための図である。本実施形態では、図8に示すように、4つの測定子211Aの中心点の座標がバッファに記録されている場合を説明する。ステップS37では、演算処理部33は、法線方向を求める対象となる位置(例えば、点(x1、y1.z1)に対して、その前にサンプリングされた測定子211Aの中心位置(x0、y0、z0))を取得する。そして、演算処理部33は、これらの2点を結ぶ直線に直交する方向N1を法線方向として算出する。点(x2、y2、z2)においても、同様の方法により法線方向N2を算出できる。
Hereinafter, the process of step S37 will be described.
FIG. 8 is a diagram for explaining a normal direction setting method using two points. In the present embodiment, as shown in FIG. 8, the case where the coordinates of the center point of the four measuring
図9を用いて、ステップS37の処理をより詳細に説明する。図9は、曲率が閾値未満である場合において、測定子211Aを倣い方向に移動させた際に摩擦力が作用した場合のモデル図である。なお、図9において、現在の測定子211Aの中心位置をO(x1,y1,z1)、以前の測定子211Aの中心位置(所定時間前における測定子211Aの中心位置)をO´(x0,y0,z0)、測定子211Aが被測定物Wに接触していない場合の中心位置(プローブ原点)をC(Cx,Cy,Cz)、現在位置Oにおけるスライド機構の移動量に基づいて算出された座標位置を(Mx,My,Mz)、現在位置Oにおけるスタイラス211の移動量に基づいて算出された座標位置(プローブ原点からのプローブ振れ量)を(Px,Py,Pz)、現在位置Oにおける被測定物Wの法線方向ベクトル(図8におけるN1)を(Nx,Ny,Nz)、測定子211Aの半径をRとする。
図9において、プローブ原点Cから直線OO´に下した垂線の足をQとすると、ベクトルCQは、倣い方向に直角な平面上にあることになり、被測定物Wの法線方向となる。
ベクトルCQは、以下の式(4)に示すように表され、式(4)から式(5)を導くことができる。
The process of step S37 will be described in more detail using FIG. FIG. 9 is a model diagram in the case where the frictional force is applied when the
In FIG. 9, when the perpendicular foot from the probe origin C to the straight line OO ′ is Q, the vector CQ is on a plane perpendicular to the scanning direction, and is the normal direction of the object W to be measured.
The vector CQ is expressed as shown in the following formula (4), and the formula (5) can be derived from the formula (4).
したがって、被測定物Wの法線方向に対する単位ベクトルeu´は、e=(Nx2+Ny2+Nz2)1/2として、eu´=(Nx/e,Ny/e,Nz/e)として求めることができ、Ny,Nx,Nzは上記式(5)により求めることができる。 Therefore, the unit vector e u ′ with respect to the normal direction of the object W to be measured is e = (Nx 2 + Ny 2 + Nz 2 ) 1/2 , where e u ′ = (Nx / e, Ny / e, Nz / e). Ny, Nx, Nz can be obtained by the above equation (5).
図7に戻り、ステップS36において、「No」と判定された場合、演算処理部33は、バッファに記録された3つの測定子211Aの中心点を用いて平面を決定する(ステップS38)。
図10は、3点を用いた法線方向の設定方法を説明するための図である。
このステップS38では、図10に示すように、例えば、サンプリング間隔で取得された3点を通る平面座標系(u-v平面)を構築し、構築した平面に上記3点の座標を変換する。例えば、3点(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x3,y3,z3)が、u-v平面座標系において、3点(u1,v1),(u2,v2),(u3,v3)に変換される。
Returning to FIG. 7, when it is determined “No” in step S <b> 36, the
FIG. 10 is a diagram for explaining a normal direction setting method using three points.
In this step S38, as shown in FIG. 10, for example, a plane coordinate system (uv plane) passing through the three points acquired at the sampling interval is constructed, and the coordinates of the three points are converted into the constructed plane. For example, three points (x 1 , y 1 , z 1 ), (x 2 , y 2 , z 2 ), (x 3 , y 3 , z 3 ) are 3 points (u 1 , v 1 ), (u 2 , v 2 ), (u 3 , v 3 ).
次に、演算処理部33は、構築されたワーク座標系(平面座標系(u-v平面))に対して座標変換された3点を通る2次曲線(v=au2+bu+c)を算出する(ステップS39)。この2次曲線は、例えばニュートン補間法等の公知の補間法を用いることで容易に算出することができる。
Next, the
この後、演算処理部33は、ステップS39で算出された2次曲線を微分し、3点のうちの最終点(3つ目のサンプリング点)を、法線方向の算出対象となる対象点として、対象点における接線を決定する(ステップS40)。例えば、3点(u1,v1),(u2,v2),(u3,v3)を通る2次曲線(v=au2+bu+c)に対して、接線(v−v3)=(2au3+b)×(u−u3)が算出される。また、演算処理部33は、算出された接線式を、ワーク座標系からxyz座標系に再変換することで、3次元座標系における接線式を算出できる。
Thereafter, the
この後、演算処理部33は、ステップS40に対して直交する方向をワーク法線方向(図10におけるN1´,N2´)として決定する(ステップS41)。
図11は、曲率が閾値以上である場合において、測定子211Aを倣い方向に移動させた際に摩擦力が作用した場合のモデル図である。図11において、現在の測定子211Aの中心位置をO(x1,y1,z1)、ステップS40において算出された接線上の任意の点をO´´(x0´,y0´,z0´)、測定子211Aが被測定物Wに接触していない場合の中心位置(プローブ原点)をC(Cx,Cy,Cz)、現在位置Oにおけるスライド機構の移動量に基づいて算出された座標位置を(Mx,My,Mz)、現在位置Oにおけるスタイラス211の移動量に基づいて算出された座標位置(プローブ原点からのプローブ振れ量)を(Px,Py,Pz)、現在位置Oにおける被測定物Wの法線方向ベクトル(図10におけるN1´)を(Nx,Ny,Nz)、測定子211Aの半径をRとする。
図11において、プローブ原点Cから直線OO´´に下した垂線の足をQとすると、ベクトルCQは、被測定物Wの法線方向となる。したがって、演算処理部33は、上記式(4)(5)において、点O´を点O´´に置き換えることでベクトルCQ(被測定物Wの法線方向のベクトル)を算出できる。
Thereafter, the
FIG. 11 is a model diagram when a frictional force is applied when the
In FIG. 11, the vector CQ is in the normal direction of the object W to be measured, where Q is a perpendicular line extending from the probe origin C to the straight line OO ″. Therefore, the
図7に戻り、演算処理部33は、ステップS37又はステップS41により求められた法線方向に基づいて、被測定物Wと測定子211Aとの接点座標(測定データ)を計算して(ステップS42)、ステップS33に戻る。
ここで、ステップS42による接点座標の算出方法について説明する。
図12は、摩擦が発生しない場合における倣い測定のモデルを示す図であり、図13は、摩擦が発生した場合における倣い測定のモデルを示す図である。
図12及び図13において、点Dは、測定子211Aと被測定物Wとの接触点、点Oは測定子211Aの中心点、Rは測定子の半径を示す。図12に示すように、摩擦の影響がないとした場合では、プローブの変位方向が被測定物Wの法線方向となり、当該法線方向に基づいて、接点座標を算出する。
一方、図13に示すように、測定子211Aと被測定物Wとの間に摩擦を考慮した場合では、この場合は、ステップS37やステップS42により算出された被測定物Wの法線方向に基づいて接点座標を算出する。
Returning to FIG. 7, the
Here, the calculation method of the contact coordinate by step S42 is demonstrated.
FIG. 12 is a diagram illustrating a model for scanning measurement when friction does not occur, and FIG. 13 is a diagram illustrating a model for scanning measurement when friction is generated.
12 and 13, a point D indicates a contact point between the measuring
On the other hand, as shown in FIG. 13, in the case where friction is taken into consideration between the
以下の説明において、プローブ座標系におけるスタイラス211と被測定物Wとの接点座標をD(Dx,Dy,Dz)、三次元測定機1の座標系におけるスタイラス211と被測定物Wとの接点座標をT(Tx,Ty,Tz)とする。
具体的には、ステップS35において、「No」と判定された場合(摩擦力を考慮しない場合)、法線方向に対する法線ベクトルeの単位ベクトルeuは、ベクトルeの大きさをe=(Px2+Py2+Pz2)1/2として、eu=(Px/e,Py/e,Pz/e)により表される。したがって、演算処理部33は、以下式(6)(7)に示すように、接点座標位置D,Tを算出する。
In the following description, the contact coordinates between the
Specifically, when it is determined as “No” in Step S35 (when the frictional force is not considered), the unit vector eu of the normal vector e with respect to the normal direction indicates the magnitude of the vector e as e = (Px 2 + Py 2 + Pz 2 ) 1/2 , and expressed by eu = (Px / e, Py / e, Pz / e). Therefore, the
一方、ステップS35において、「Yes」と判定された場合(摩擦力を考慮する場合)、図9や図11に示すように、被測定物Wの法線ベクトルは、被測定物Wに接触していない状態でのスタイラス211の原点Cからの相対移動方向に対して直交する面上に投影される。したがって、演算処理部33は、ステップS37又はステップS42により算出される、被測定物Wの法線ベクトルを用い、プローブ21の反移動方向に発生する摩擦力の影響を除去する。この場合、法線ベクトルの単位ベクトルeu´は、上述したように、e´=(Nx2+Ny2+Nz2)1/2として、eu´=(Nx/e,Ny/e,Nz/e)となる。また、(Nx,Ny,Nz)は、式(5)に示すように、現在位置Oにおけるスタイラス211の移動量に基づいて算出された座標位置(Px,Py,Pz)に基づいて算出することができる。
したがって、演算処理部33は、以下式(8)(9)に示すように、接点座標位置D,Tを算出する。
On the other hand, when it is determined as “Yes” in step S35 (when the frictional force is taken into consideration), the normal vector of the workpiece W comes into contact with the workpiece W as shown in FIGS. The
Therefore, the
なお、e´=1となるように、Nx,Ny,Nzを決めることで、演算処理部33は、下記式(10)を用いて、簡易に接点座標を算出することができる。
Note that by determining Nx, Ny, and Nz so that e ′ = 1, the
これにより、ステップS34において、測定が終了した後にホストコンピューター5に出力される測定データは、被測定物Wの法線方向に基づいて摩擦力が考慮された適正な値となり、測定精度を向上させることができる。
Thereby, in step S34, the measurement data output to the
なお、本実施形態において、図7では、ステップS42の後、ステップS33に戻る処理を示すが、この際、第一実施形態の図4に示すステップS10からステップS15の処理が実施されてもよい。同様に、ステップS34において、「Yes」と判定された際に、図4に示すステップS16からステップS22の処理が実施されてもよい。 In the present embodiment, FIG. 7 shows the process of returning to step S33 after step S42. At this time, the processes of step S10 to step S15 shown in FIG. 4 of the first embodiment may be performed. . Similarly, when it is determined “Yes” in step S34, the processing from step S16 to step S22 illustrated in FIG. 4 may be performed.
[本実施形態の作用効果]
本実施形態では、被測定物Wの曲率に応じて、曲率が閾値未満であり、曲率半径が大きい場合には、サンプリングされた測定子211Aの中心点の2点間の直線を用い、当該直線に対して直交する方向を被測定物Wの法線方向として算出し、曲率が閾値以上であり、曲率半径が小さい場合に、測定子211Aの中心点の3点により2次曲線を算出して、中点の接線に直交する方向を法線方向として算出する。
これにより、測定点に対する法線方向を被測定物Wの曲率に応じて高精度に算出することができる。したがって、当該法線方向を用いて接点座標を算出することで、測定誤差の影響を抑制した高精度な測定が可能となる。
[Operational effects of this embodiment]
In the present embodiment, according to the curvature of the workpiece W, when the curvature is less than the threshold and the curvature radius is large, a straight line between the two center points of the sampled
Thereby, the normal direction with respect to the measurement point can be calculated with high accuracy according to the curvature of the workpiece W. Therefore, by calculating the contact coordinates using the normal direction, it is possible to perform highly accurate measurement while suppressing the influence of measurement error.
[その他の実施形態]
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
上記第一実施形態では、係数DBに記憶された角度係数対応データから、角度θが属する角度範囲を特定し、当該角度範囲の軌道修正項係数Kiを取得する例を示したが、これに限定されない。例えば角度θに対して所定の関数式K(θ)を用いて、軌道修正項係数を算出してもよい。
また、係数DBに2つの角度係数対応データが記録される例を示したが、例えば、3つ以上の角度係数対応データが記録されていてもよく、1つの角度係数対応データのみを用いてもよい。組合せDBに記録される組合せβにおいても同様であり、3つ以上の組合せが記録されていてもよく、1つの組合せのみが記録されていてもよい。
また、角度範囲として、α1、α2、 α3を用いた3つの角度範囲に介して、軌道修正項係数Kiが設定される例を示したが、3つ以上の角度範囲を用いて、角度範囲をさらに詳細に区分した角度係数対応データや組合せを用いてもよい。
[Other Embodiments]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
In the first embodiment, the example in which the angle range to which the angle θ belongs is specified from the angle coefficient correspondence data stored in the coefficient DB and the trajectory correction term coefficient Ki of the angle range is obtained has been described. However, the present invention is not limited to this. Not. For example, the trajectory correction term coefficient may be calculated using a predetermined function equation K (θ) with respect to the angle θ.
Further, although an example in which two angle coefficient correspondence data is recorded in the coefficient DB is shown, for example, three or more angle coefficient correspondence data may be recorded, or only one angle coefficient correspondence data may be used. Good. The same applies to the combination β recorded in the combination DB, and three or more combinations may be recorded, or only one combination may be recorded.
In addition, the example in which the trajectory correction term coefficient Ki is set through three angle ranges using α1, α2, and α3 as the angle ranges has been shown. However, the angle range is set using three or more angle ranges. Further, angle coefficient correspondence data and combinations classified in detail may be used.
上述した第二実施形態において、被測定物Wの法線方向を求め、当該法線方向に基づいて測定値を算出する例を示したが、第二実施形態において、算出された被測定物Wの法線方向を第一実施形態に適用することで、さらに測定精度を向上させることができる。
すなわち、第一実施形態では、押込み修正ベクトルVeを算出する際に、ベクトルeuとして、プローブ21の変位方向(振れ方向)の単位ベクトルを用いたが、これを第二実施形態にて算出された法線方向とすることで、高精度な倣い測定を実施できる。具体的には、押込み方向成分算出部342は、上述した式(2)に対して、図7におけるステップS37又はステップ41において算出される法線方向への単位ベクトルeu´を代入する。
In the second embodiment described above, an example in which the normal direction of the object W to be measured is obtained and the measurement value is calculated based on the normal line direction has been described. However, in the second embodiment, the calculated object W to be measured is calculated. The measurement accuracy can be further improved by applying the normal direction to the first embodiment.
That is, in the first embodiment, when calculating the push correction vector Ve, as a vector e u, but using the unit vector in the displacement direction (vibration direction) of the
また、上記第二実施形態において、曲率が閾値以上となる場合に、3点のプローブ位置PPの座標を通る2次曲線を算出し、当該2次曲線の接線方向に直交する方向を法線方向とした。これに対して、4点以上のプローブ位置の座標を通る曲線式(3次曲線等)を算出してもよい。この場合でも、算出された曲線式において、法線方向の算出対象となる対象点における接線を算出し、当該接線に直交する方向を法線方向として算出してもよい。 In the second embodiment, when the curvature is equal to or greater than the threshold, a quadratic curve passing through the coordinates of the three probe positions PP is calculated, and the direction orthogonal to the tangential direction of the quadratic curve is the normal direction. It was. On the other hand, a curve formula (such as a cubic curve) passing through the coordinates of four or more probe positions may be calculated. Even in this case, in the calculated curve formula, a tangent line at a target point which is a calculation target of the normal direction may be calculated, and a direction orthogonal to the tangent line may be calculated as the normal direction.
上記第一実施形態において、速度合成部344は、倣い駆動ゲインGf、押込み方向修正ゲインGe、軌道修正ゲインGcとして、それぞれ、ゲイン関数f1(E,C)、f2(E)、f3(C)を適用する例を示したが、それぞれ予め設定されたゲインを用いて速度合成ベクトルを算出してもよい。この場合でも、経路に基づいて測定子211Aを被測定物Wの表面に倣って移動させることができ、かつ、押込み量を考慮した測定を実施するため、迅速かつ高精度な形状測定を実施することができる。
In the first embodiment, the
その他、本発明の実施の際の具体的な構造は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造等に適宜変更できる。 In addition, the specific structure for carrying out the present invention can be appropriately changed to other structures and the like within a range in which the object of the present invention can be achieved.
本発明は、被測定物の形状を設計値に基づいた設計値倣いにより測定する形状測定装置に適用できる。 The present invention can be applied to a shape measuring apparatus that measures the shape of an object to be measured by design value copying based on a design value.
1…三次元測定機(形状測定装置)、2…三次元測定機本体、3…モーションコントローラー、5…ホストコンピューター、21…プローブ、22…移動機構、31…指令取得部、32…カウンタ部、33…演算処理部、34…プローブ指令部、35…駆動制御部、36…記憶部、51…記憶部、52…情報取得部、53…経路設定部、54…指令出力部、55…精度判定部、56…形状解析部、211…スタイラス、211A…測定子、341…経路成分算出部、342…押込み方向成分算出部、343…軌道修正成分算出部、344…速度合成部、C…プローブ原点、E0…基準押込み量、L…軌道誤差、N1,N2,N1´,N2´…法線方向、O…現在位置、PP…プローブ位置、R…測定子の半径、V…速度合成ベクトル、Vc…軌道修正ベクトル、Ve…押込み修正ベクトル、Vf…経路速度ベクトル、W…被測定物、eu,eu´…単位ベクトル、α1,α2,α3…区分角度、θ…角度。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記被測定物の設計データに基づく前記プローブの移動経路を指令する測定指令を出力する指令出力部と、
前記測定指令に基づいて、前記移動経路に沿った前記プローブの速度成分ベクトルである経路速度ベクトルを算出する経路成分算出部と、
前記プローブの前記被測定物への押込み量を検出し、前記押込み量を所定の基準押込み量に修正するための速度成分ベクトルである押込み修正ベクトルを算出する押込み方向成分算出部と、
前記プローブの現在位置及び前記移動経路に基づいて算出された、前記プローブの位置と前記移動経路との軌道誤差量及び軌道ずれ方向から、前記プローブの位置を前記移動経路上に戻すための速度成分ベクトルである軌道修正ベクトルを算出する軌道修正成分算出部と、
前記経路速度ベクトル、前記押込み修正ベクトル、及び前記軌道修正ベクトルを合成した速度合成ベクトルを算出する速度合成部と、
前記速度合成ベクトルに基づいて前記プローブを移動させる駆動制御部と、を備え、
前記指令出力部は、前記押込み修正ベクトル及び前記軌道修正ベクトルの為す角度に対して設定された軌道修正項係数を含む前記測定指令を出力し、
前記速度合成部は、前記軌道修正項係数により補正された前記軌道修正ベクトル、前記経路速度ベクトル、及び前記押込み修正ベクトルを合成する
ことを特徴とする形状測定装置。 A probe having a probe at the tip, a moving mechanism for moving the probe along the surface of the object to be measured, and the shape of the object to be measured by detecting contact between the probe and the surface of the object to be measured A shape measuring device for measuring
A command output unit for outputting a measurement command for commanding a movement path of the probe based on design data of the measurement object;
A path component calculation unit that calculates a path speed vector that is a speed component vector of the probe along the movement path based on the measurement command;
A pressing direction component calculation unit that detects a pressing amount of the probe into the object to be measured and calculates a pressing correction vector that is a speed component vector for correcting the pressing amount to a predetermined reference pressing amount;
A velocity component for returning the position of the probe onto the moving path from the amount of trajectory error and the direction of the trajectory deviation between the probe position and the moving path, calculated based on the current position of the probe and the moving path. A trajectory correction component calculation unit for calculating a trajectory correction vector that is a vector;
A speed synthesis unit that calculates a speed synthesis vector obtained by synthesizing the path speed vector, the indentation correction vector, and the trajectory correction vector;
A drive control unit that moves the probe based on the velocity composite vector, and
The command output unit outputs the measurement command including a trajectory correction term coefficient set with respect to an angle formed by the indentation correction vector and the trajectory correction vector;
The shape measuring apparatus, wherein the speed synthesis unit synthesizes the trajectory correction vector, the path speed vector, and the indentation correction vector corrected by the trajectory correction term coefficient.
前記指令出力部は、複数の角度範囲に対してそれぞれ前記軌道修正項係数が設定された角度係数対応データを含む前記測定指令を出力し、
前記速度合成部は、前記角度係数対応データから、前記押込み修正ベクトル及び前記軌道修正ベクトルの為す角度が属する角度範囲に対する前記軌道修正項係数を用いて前記軌道修正ベクトルを補正する
ことを特徴とする形状測定装置。 In the shape measuring apparatus according to claim 1,
The command output unit outputs the measurement command including angle coefficient corresponding data in which the trajectory correction term coefficient is set for each of a plurality of angle ranges,
The velocity synthesis unit corrects the trajectory correction vector from the angle coefficient correspondence data using the trajectory correction term coefficient for an angle range to which an angle formed by the indentation correction vector and the trajectory correction vector belongs. Shape measuring device.
前記角度範囲に対する前記軌道修正項係数が異なる複数の前記角度係数対応データを記憶する係数データ記憶部と、
前記軌道誤差量の最大変化量が、所定の許容値未満であるか否かを判定する精度判定部と、を有し、
前記指令出力部は、前記精度判定部により前記軌道誤差量の最大変化量が前記許容値以上であると判定された場合に、前記測定指令に含ませる前記角度係数対応データを変更する
ことを特徴とする形状測定装置。 In the shape measuring apparatus according to claim 2,
A coefficient data storage unit for storing a plurality of the angle coefficient corresponding data in which the trajectory correction term coefficient for the angle range is different;
An accuracy determination unit that determines whether or not the maximum change amount of the trajectory error amount is less than a predetermined allowable value,
The command output unit changes the angle coefficient correspondence data included in the measurement command when the accuracy determination unit determines that the maximum change amount of the trajectory error amount is equal to or greater than the allowable value. A shape measuring device.
前記角度範囲の組合せを記録した組合せデータを複数記憶する組合せ記憶部と、
前記軌道誤差量の最大変化量が、所定の許容値未満であるか否かを判定する精度判定部と、を備え、
前記指令出力部は、前記組合せデータを含む前記測定指令を出力するとともに、前記精度判定部により前記軌道誤差量の最大変化量が前記許容値以上であると判定された場合に、前記測定指令に含ませる前記組合せデータを変更する
ことを特徴とする形状測定装置。 In the shape measuring device according to claim 2 or 3,
A combination storage unit that stores a plurality of combination data in which combinations of the angle ranges are recorded;
An accuracy determination unit that determines whether or not the maximum change amount of the trajectory error amount is less than a predetermined allowable value,
The command output unit outputs the measurement command including the combination data, and when the accuracy determination unit determines that the maximum change amount of the trajectory error amount is equal to or greater than the allowable value, The shape measurement apparatus characterized by changing the combination data to be included.
前記指令出力部は、前記被測定物の測定対象区間の曲率を含む前記測定指令を出力し、
当該形状測定装置は、前記プローブの位置に対応する前記測定対象区間の曲率が閾値以上である場合に、3点以上の前記プローブの位置から曲線式を算出して、前記被測定物の表面の接線方向を算出し、前記曲率が前記閾値未満である場合に、2点の前記プローブの位置を結ぶ直線に直交する方向を、前記被測定物の表面の接線方向として算出する法線方向算出部を備える
ことを特徴とする形状測定装置。 In the shape measuring device according to any one of claims 1 to 4,
The command output unit outputs the measurement command including a curvature of a measurement target section of the object to be measured,
When the curvature of the section to be measured corresponding to the position of the probe is equal to or greater than a threshold, the shape measuring apparatus calculates a curve equation from three or more positions of the probe, and calculates the surface of the object to be measured. A normal direction calculation unit that calculates a tangential direction and calculates a direction perpendicular to a straight line connecting the positions of the two probes when the curvature is less than the threshold as the tangential direction of the surface of the object to be measured. A shape measuring device comprising:
前記被測定物の設計データに基づく前記プローブの移動経路を指令する測定指令を出力する指令出力ステップと、
前記測定指令に基づいて、前記移動経路に沿った前記プローブの速度成分ベクトルである経路速度ベクトルを算出する経路成分算出ステップと、
前記プローブの前記被測定物への押込み量を検出し、前記押込み量を所定の基準押込み量に修正するための速度成分ベクトルである押込み修正ベクトルを算出する押込み方向成分算出ステップと、
前記プローブの現在位置及び前記移動経路に基づいて算出された、前記プローブの位置と前記移動経路との軌道誤差量及び軌道ずれ方向から、前記プローブの位置を前記移動経路上に戻すための速度成分ベクトルである軌道修正ベクトルを算出する軌道修正成分算出ステップと、
前記経路速度ベクトル、前記押込み修正ベクトル、及び前記軌道修正ベクトルを合成した速度合成ベクトルを算出する速度合成ステップと、
前記速度合成ベクトルに基づいて前記プローブを移動させる駆動制御ステップと、を実施し、
前記指令出力ステップにおいて、前記押込み修正ベクトル及び前記軌道修正ベクトルの為す角度に対して設定された軌道修正項係数を含む前記測定指令を出力し、
前記速度合成ステップにおいて、前記軌道修正項係数により前記軌道修正ベクトルを補正し、補正された前記軌道修正ベクトル、前記経路速度ベクトル、及び前記押込み修正ベクトルを合成する
ことを特徴とする形状測定方法。 A probe having a probe at the tip, a moving mechanism for moving the probe along the surface of the object to be measured, and the shape of the object to be measured by detecting contact between the probe and the surface of the object to be measured A shape measuring method of a shape measuring device for measuring
A command output step for outputting a measurement command for commanding a movement path of the probe based on design data of the object to be measured;
A path component calculating step for calculating a path speed vector that is a speed component vector of the probe along the movement path based on the measurement command;
A pressing direction component calculating step of detecting a pressing amount of the probe into the object to be measured and calculating a pressing correction vector which is a speed component vector for correcting the pressing amount to a predetermined reference pressing amount;
A velocity component for returning the position of the probe onto the moving path from the amount of trajectory error and the direction of the trajectory deviation between the probe position and the moving path, calculated based on the current position of the probe and the moving path. A trajectory correction component calculating step for calculating a trajectory correction vector that is a vector;
A velocity synthesis step of calculating a velocity synthesis vector obtained by synthesizing the path velocity vector, the indentation correction vector, and the trajectory correction vector;
Performing a drive control step of moving the probe based on the velocity composite vector;
In the command output step, the measurement command including a trajectory correction term coefficient set for an angle formed by the indentation correction vector and the trajectory correction vector is output,
In the velocity synthesis step, the trajectory correction vector is corrected by the trajectory correction term coefficient, and the corrected trajectory correction vector, the path velocity vector, and the indentation correction vector are synthesized.
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