JPH01221609A - 三次元複合自由曲面形状の測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は三次元複合自由曲面形状の測定装置、特に被測
定物とセンサーとが干渉することなく自由曲面の自動測
定を可能とする１１１１７定装置に関する。

［従来の技術］ 第１３図には従来の測定基準データの創成と測定手順が
示されている。同図に示されるように、プレス型などの
被測定物の三次元複合自由曲面形状を自動測定するため
の測定基準データは、大型コンピュータを利用して形状
データ（幾何モデル）上の測定必要点を三次元座標値Ｐ
　（Ｘ、　Ｙ、　　Ｚ）と面ノルマルベクトルＮ　（ｉ
、ｊ、Ｉｃ）として計算し創成する。そして、この測定
基準データ群を基に各測定点について面直角方向から測
定し、測定後は指示量だけ上方に逃がし、次の測定点の
アプローチ開始点に高速三次元移動を行う。この工程を
測定基準データがある限り繰り返して処理するという手
段をとっていた。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の課題 ところで、プレス型などの被測定物の形状は極めて複雑
であり、前述したようにＰｏ１ｎｔ　ｔ。

Ｐ　ｏ１ｎｔ測定方測定上ると、測定点間の移動は前の
測定点の上空から次の測定点のアプローチ開始点に高速
三次元移動を行うことになる。この場合、測定時間をよ
り短くするために、測定点間の移動は極力被測定物形状
に近い部分を通すように設定される。　しかし、曲率の
厳しい形状を自動測定する場合には測定点が形状に沿っ
て定義されておらず、遠く離れている場面が発生すると
、測定点間を高速移動時にセンサもしくは測定機本体が
被測定物に干渉して破損する恐れが生じる。

従来はこの問題を回避するため、被測定物形状と測定点
分布状況をオペレータが確認し、測定範囲限度（シザリ
ング）機能により一度の連続測定で対象とする測定点を
限定し、被測定物とセンサ等との干渉を防ぐ方式をとっ
ていた。

しかし、この方式では測定の対象であるプレス型等にお
いては、一般に４分割程度の範囲限定が必要であり、こ
のためオペレータの作業工数が増加すると共に測定効率
の悪化につながるという問題があった。

発明の目的 この発明は係る課題を解決するためになされたもので、
被測定物とセンサとが干渉することなく自由曲面の自動
測定を可能とする三次元複合自由曲面形状の測定装置を
得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 前記目的を達成するために、本発明は、被測定物の形状
データを記憶しておく形状データ記憶手段と、前記形状
データを基準として被測定物を自動測定するための測定
基準データを創成しその測定基準データを記憶しておく
測定基準データ演算記憶手段と、前記形状データを基準
として被測定物と干渉しない一定量だけオフセットした
オフセット多面体データを創成しそのオフセット多面体
データを記憶しておく多面体データ演算記憶手段と、前
記測定基準データを基に指示された測定範囲についてオ
フセット多面体データから被測定物と干渉しない移動経
路データを創成しその移動経路データを記憶しておく移
動経路データ演算記憶手段と、前記測定基準データと移
動経路データに基づき測定を行うための測定動作データ
を創成する測定動作データ演算手段と、実際に測定を行
う自動測定手段と、を備えたことを特徴とする。

［作用］ 前記構成により、本発明装置は、被測定物の三次元複合
自由曲面形状を表現している形状データ（幾何モデル）
を基準として、創成演算された測定基準データを用いて
自動測定するときの被測定物から干渉を防止するもので
あり、このために、形状データ（幾何モデル）を基準と
して創成演算されたオフセット多面体データ上における
測定点間の移動経路データを求めこの移動経路データと
実際の測定基準データとから最適な測定経路を創成演算
することにより被測定物との干渉を回避することができ
、これによって自動測定を効率良く行うことができる。

［実施例］ 以下、図面に基づき本発明の好適な実施例を説明する。

第１図には本発明装置の全体構成が示されている。

同図において、本発明の測定装置は、被測定物の形状デ
ータ（幾何モデル）を記憶しておく形状データ記憶手段
１と、前記形状データを基準として被測定物を移動測定
するためのａｌｌ定基準データを創成しこれを記憶して
おくΔ−１定基準データ演算記憶手段２を含み、この演
算記憶手段２では前記形状データ１上に測定点を定義す
る三次元座標値（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と面ノルマルベク！・ル
Ｎ（Ｌ、ｊ。

ｋ）とが演算される。

また、前記形状データを基準として被Ａｐ１定物を干渉
しない一定量だけ平面オフセット近似し、干渉部を完全
に除去したセンサ移動経路面であるオフセット多面体形
状データを創成するオフセット多面体データ演算記憶手
段４と、前記測定基準データを基にオペレータによって
指示された測定範囲についてオフセット多面体データか
ら被測定物に干渉しない移動経路データを創成し、これ
を記憶する移動経路データ演算記憶手段６とを含んでお
り、この移動経路データ演算記憶手段６では、測定基準
データの測定軸各々の２点に於いてその２点を含むＺ軸
に平行な平面が定義され、オフセット多面体との交線上
の各々のオフセット平面の端点が測定点間の移動経路デ
ータとして演算される。

更に、実際に測定を行う測定基準データと被測定物との
干渉を防止するための移動経路データに基づき測定機に
よる具体的な測定を行うための測定動作データ、即ちア
プローチ開始点やアプローチ上空点、アプローチ終了点
を演算し自動測定手段１０に測定指令を出力する測定動
作データ演算手段８が設けられている。この場合、次の
測定点への移動に際し移動経路データの該当データが存
在する場合は移動測定手段ｌＯに移動経路データが出力
され、被測定物との干渉を回避しつつ効率良く自動測定
が行われる。

第２図には本実施例におけるシステム概略が示されてお
り、三次元測定機本体１０には検出センサ１４が取り付
けられていて、該センサ１４の下方には測定すべきプレ
ス型などの被測定物１２がｊＩｉｔ置されている。デー
タの入出力制御や測定経路データの作成制御およびシス
テム全体をコントロールする主コンピユータ２０は、Ｃ
ＰＵ２２とＲＯＭ２４およびＲＡＭ２６を備えている。

ＣＰＵ２２は回線３０を介してインターフェース３２に
結線され、該インターフェース３２は三次元測定機本体
１０の制御用サブコンピュータ４０とＣＰＵ２２との間
の信号のやりとりの制御を行う。また、前記ＣＰＵ２２
はキーボード等の入力装置３４並びにグラフィックデイ
スプレィ３６などの出力装置や磁気ディスク装置などの
外部記憶装置３８に接続される。前記ＲＯＭ２４内には
後述のフローチャートを実現するためのＣＰＵ２２の制
御プログラムが格納されており、ＣＰＵ２２はこの制御
プログラムに従って入力装置３４からのデータの人力や
測定経路データの作成、およびグラフィクディスプレイ
３６による被測定物形状の表示や測定データによるカラ
ー解析表示を行う。

三次元測定機本体１０は、制御用のサブコンピュータ４
０を有しており、主コンピユータ２０と前記インターフ
ェース３２を介して結線される。

このサブコンピュータ４０も主コンピユータ２０と同様
にＣＰＵ４２、ＲＯＭ４４、ＲＡＭ４６から構成される
。ＣＰＵ４２は、回線５０やインターフェース５２を介
して三次元測定機本体１０の駆動回路である小型コンピ
ュータ５４に結線され、インターフェース５２にはサブ
コンピュータ４０からの三次元測定機本体１０の作動命
令が書き込まれる。

次に、コンピュータ６０は被測定物１２の形状データ（
幾何モデル）の管理や形状データを基にして測定用基準
データとオフセット多面体データを創成演算するための
コンピュータであって、ＣＰＵ６２、ＲＯＭ６４、ＲＡ
Ｍ６６からなり、ＣＰＵ６２はインターフェース６８お
よび回線７０を介して主コンピユータ２０のＣＰＵ２２
に結線される。前記ＣＰＵ６０には磁気ディスク装置な
どの外部記憶装置７２およびキーボードなどの入力装置
７４、グラフィックデイスプレィ７６が接続される。な
おこのコンピュータ６０は、他の演算処理も行うが本発
明の実施例とは直接的に関連がないのでその説明は省略
する。

次に第４図に基づきｉｌｌ定経路データ作成の原理を説
明する。

同図において、符号２００を被測定物の原型となる形状
データ曲面とすると、その曲面形状は構成点Ｐの三次元
座標値（Ｘ、　Ｙ、　　Ｚ）および接線ベクトルＴ、、
Ｔ２によって特定することができる。このような形状デ
ータは、いわゆるプレスすべき物品が例えば自動車用パ
ネルとすれば、その外観またはボデーの設計から決定さ
れるものである。被測定物１２を自動測定するための測
定基準データは、被測定物の三次元複合自由曲面形状を
表現する形状データ（幾何モデル）上の点であり、具体
的には三次元座標値とその点における面ノルマルベクト
ル値Ｎである。測定基準データの創成は、グラフィック
デイスプレィから測定希望点を指示し、面上の点を自動
計算することにより行うが、ここでは説明を省略する。

オフセット多面体の創成は、この形状データ（幾何モデ
ル）の構成点Ｐの三次元座標値と接線ベクトルから、そ
の点における面直角ベクトルを求め、被測定物に干渉し
ない一定量だけオフセットし、オフセット形状において
許容トレランス値内での平面に近似して行う。

即ち、第５図において、符号２００を形状データ（幾何
モデル）上の点Ｐの集りによって構成される腹合三次元
の曲面形状とすると、形状データ（幾何モデル）上の構
成点Ｐにおける接線ベクトルＴ　ｔ　、Ｔ　２からその
点における面ノルマルベクトルＮを求め、被測定物に干
渉しない一定量だけオフセットした曲面形状２０２を求
める。そして、その曲面形状２０２を基に許容トレラン
ス値内での平面に近似し、オフセット多面体２０４とし
て創成演算を行う。

この時、オフセット面同士の干渉は、交線計算を行って
全て排除するため、オフセット多面体形状のどこに測定
用ヘッドを位置決めしても被測定物との干渉は発生しな
い。これによって、このオフセット多面体２０４上で任
意の平面を指示し、オフセット多面体との交線計算を行
えばおのずから測定点間の移動経路を求めることができ
る。しかも被測定物との干渉は絶対に発生しない経路が
求められる。

このようにして求めた測定基準データとオフセット多面
体データとを主コンピユータ２０に転送し、外部記憶装
置３８に格納してユーザに提供される。

ここで、オフセット多面体データを用いた測定点間の移
動経路データの作成を第６図に基づき説明する。このデ
ータの作成は、グラフィックデイスプレィ上に表示した
被測定物の平面図において、ｆｌｕ　７Ｉｌｌｌ定物形
状に合った測定範囲の指示をすることによって行われ、
測定範囲の指示は画面上でクロスヘアカーソルや座標値
入力によりＰ　ｔ　、　　Ｐ　２　。

・・・Ｐ　のように行う。このように指示された測定範
囲内に含まれる測定基準データの測定順の各々の２点に
おいて、第７図に示されるように、その２点を含むＺ軸
に平行な断面切り川の平面２０６とオフセット多面体デ
ータ２０４との交線計算が行われる。交線計算は多面体
の一平面づつ行われ、−平面の２端点の値が移動経路デ
ータとして求められる。

このように、２点の測定点間に存在する多面体」二のす
べての平面について、断面切りのための平面２０６との
交線計算を行うことにより、１本の移動経路データＰ１
．Ｐ２．・・・Ｐｎが求められる。

この平面同士の交線計算は、曲面との計算に比べ短時間
で終るため、リアルタイム処理に十分対応することがで
きる。

さらに、第８図のように、測定経路データには三次元複
合自由曲面形状を高速かつ高精度に測定するために、測
定動作点である面直測定アプローチ開始点やアプローチ
上空点、アプローチ終了点が計算され付加されることに
より完成する。

次に、本実施例のソフトウェア構成を第９図ないし第１
１図の制御フローチャー１・に基づき説明する。

このフローチャートを実現するプログラムは、前述した
第２図における主コンピユータ２０のＲＯＭ２４、三次
元測定機制御用のサブコンピュータ４０のＲＯＭ４４、
および被測定物の形状データ（幾何モデル）管理測定用
基準データ創成、オフセット多面体創成演算用のコンピ
ュータ６０のＲＯＭ６４、及びコンピュータ５４の図示
しないＲＯＭにそれぞれ書き込まれている。

第９図は本実施例の全体プロセスを表す制御フローチャ
ートであり、ステップ３００でこのプロセスが実行に入
り、ステップ３０２ではコンピュータ６０においてグラ
フィックデイスプレィ７６から指示された測定希望点に
ついて形状データの面上点、すなわち被測定物の測定用
基準データである三次元座標値（Ｘ、　Ｙ、　　Ｚ）と
その点における面ノルマルベクトル値Ｎ　（ｉ、ｊ、ｋ
）が自動計算され創成される。創成された１ｌｌｌ＋定
基準データは、ＣＰＵ６２の制御によりインターフェー
ス６８、回線７０を介してコンピュータ２０のＲＡＭ２
Ｂに転送され、外部記憶装置３８の記憶領域３８ａに格
納される。次にステップ３０４でも同様にコンピュータ
６０においてオフセット多面体データの創成が行われる
。

このステップにおけるオフセット多面体データの創成に
つき、第１０図の制御フローチャートにより説明すると
、このフローチャートを実行するプログラムはコンピュ
ータ６０のＲＯＭ６４に書き込まれている。そして、ス
テップ４００で実行に入り、ステップ４０２ではＣＰＵ
６２の内部レジスタやＲＡＭ６６などの初期化が行われ
る。次にステップ４０４で外部記憶装置７２に予め格納
されている形状データ（幾何モデル）の指定や、オフセ
ット条件データなどがキーボード７４から入力され、Ｒ
ＡＭ６６に取り込まれる。この取込み指示により外部記
憶装置７２から形状データ（幾何モデル）をＲＡＭ６６
に取り込み（ステップ４０６）、ステップ４０８におい
て形状データ（幾何モデル）２００の構成点Ｐの三次元
座標値（Ｘ、　Ｙ、　　Ｚ）と接線ベクトルＴ１．Ｔ２
からその点における面ノルマルベクトル値が求められ、
指示値だけオフセットしたオフセット三次元ｍ合自由曲
面２０２が創成される。ステップ４１０では、ＲＡＭ６
６内のオフセット三次元曳合口由曲面２０２を基にして
、許容トレランス値に従い曲面形状を平面で近似したオ
フセット多面体データ２０４が求められ、ＲＡＭ６６に
記憶される。なお、オフセット面同士の干渉部分につい
ては除去する手続きを実行し、完全なオフセット多面体
データ２０４が創成される。創成されたオフセット多面
体データは、ＣＰＵ６２の制御によりインターフェース
６８、四線７０を介して主コンピユータ２０のＲＡＭ２
６に転送され、外部記憶装置３８の記憶領域３８ｂに格
納される。（ステップ４１２．４１４）。

前述した第９図のステップ３０６では、主コンピユータ
２０におけるオフセット多面体」二の移動経路データの
創成が行われるが、これを第１１図のフローチャートに
基づき説明する。

このフローチャートを実現するプログラムは、主コンピ
ユータ２０のＲＯＭ２４に書き込まれており、ステップ
５００でこのルーチンが実行に入り、ステップ５０２で
はＣＰＵ２２の内部レジスタやＲＡＭ２６などの初期化
が行われる。ステップ５０４では、ＣＰＵ２２に結線さ
れているキーボード３４から、外部記憶装置３８の記憶
領域に記憶されているａｌｌＪｌｌ率データとオフセッ
ト多面体データの名前がＲＡＭ２６に人力される。そし
て、記憶領域３８ａからは測定基準データが、また記憶
領ＶＣ３８ｂからはオフセット多面体データがＲＡＭ２
６に取り込まれる（ステップ５０６゜５０８）。ステッ
プ５１０では、この取り込まれた測定基準データの中に
含まれる被測定物形状を表す外形線データが、グラフィ
ックデイスプレィ３６の画面上の表示座標に対応したビ
デオＲＡＭアドレスに転送され、その結果第６図に示さ
れるようなＩｔ　７１１１１定物形状が表示される。ス
テップ５１２および５１４では、被測定物形状に合った
測定範囲を決定する点列情報が、キーボード３４または
グラフィックデイスプレィ３６からＲＡＭ２６に入力さ
れ、同じく画面上の表示座標に対応したビデオＲＡＭア
ドレスに転送され、測定範囲を示す点や線が表示される
（第６図参照）。データ準備完了後はステップ５１６に
進み、ＲＡＭ２６内で指示された測定範囲内に含まれる
測定基準データの測定順の各々の２点において、後述の
オフセット多面体データの断面切り計算が行われる。

すなわち、第１２図において、被測定物形状を表す形状
データ（幾何モデル）２００上の測定順の２個の測定基
準データＰ　ｔ　、　　Ｐ　２が持つベクトル方向の直
線ｔ、、、　、Ｌ２がオフセット多面体データ２０４と
交わる点Ｐ１０”２０が求められる。次にその２点Ｐ１
０”２０を含むＺ軸に平行な断面切り用の平面２０６と
オフセット多面体データ２゜４との交線計算が行われる
。交線計算は２点Ｐ１０’Ｐ２ｏ間の多面体の一平面ず
つを行い、平面の２端点が移動経路点データとして求め
られる。第１２図の実施例では、Ｐ１０’　・・・ＰＩ
３”　２０が移動経路点データとなる。このようにして
求めたオフセット多面体上の移動経路点データを、測定
基準データと共に外部記憶装置３８の記憶領域３８ｃに
測定経路データとして記憶させる。ステップ５２０では
、全ての測定基準データについて移動経路点の計算が終
了したか否かを判断し、まだ存在する場合にはステップ
５１６へ戻り処理を繰り返す。

全ての８ν１定基準データについて計算処理が終了する
と、ステップ５２２へ移り処理が完了する。

以」−により作成された測定経路のデータは、第９図の
ステップ３０８により主コンピユータ２゜のＣＰＵ２２
の制御により、外部記憶装置３８の記憶領域３８ｃから
ＲＡＭ２６に取り出され、回線３０．インターフェース
３２を介してサブコンピュータ４０のＲＡＭ４６に転送
される。そして、ステップ３１０で転送された測定経路
データのうち、測定基準データについて三次元複合自由
曲面形状を高速でしかも高精度に測定するための測定動
作点である面直測定アプローチ開始点やアプローチ上空
点、アプローチ終了点が計算される。この計算はサブコ
ンピュータ４０のＲＯＭ４４に書き込まれているプログ
ラムの制御により、ＣＰＵ４２で計算され付加されるこ
とにより測定経路データが完成する。完成された測定経
路データは、四線５０．インターフェース５２および小
型コンピュータ５４に逐次に転送され、三次元ａｐ１定
機本機本体により被測定物１２が自動測定される。

尚、第３図には以上説明した本実施例における測定基準
情報の作成および測定方法の全体図が示されている。

以上説明したように、本発明の実施例によれば、被測定
物形状データ（幾何モデル）を基に測定センサが干渉し
ない一定量だけオフセットしたオフセット多面体データ
を用いてｉ１Ｍ定点間の移動経路を求めるようにしたこ
とで、これまで最も危険とされていた三次元複合自由曲
面形状の全自動５軸測定も、測定センサーの回転や揺動
動作による被ａＦＩ定物との干渉問題から解放され、効
率良く高精度に行うことができる。

また、三次元複合自由曲面形状を平面によるオフセット
多面体に変換したことにより、現場サイドのＣＰＵで０
由に計算処理可能となり、より現場に密着した効率の良
い測定経路データの創成が可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、形状データ（幾
ｆ→モデル）を基にして一定量オフセットしたオフセッ
ト多面体を作り、自動測定前に各々の測定点を結ぶ多面
体上の移動経路を求めることにより、曲面形状に干渉す
ることなく高速測定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る三次元複合自由曲面形状の測定装
置の全体構成を示す図、 第２図は本実施例におけるシステム概略図、第３図は本
実施例における測定基準情報の作成および測定方法を示
す図、 第４図は形状データ（幾何モデル）がどのように構成さ
れているかを説明する図、 第５図は形状データ（幾何モデル）からオフセット多面
体データを創成する手段を説明する図、第６図はグラフ
ィックデイスプレィ上での測定範囲の指示手段を示す図
、 第７図はオフセット多面体と断面切り川の平面との交線
計算を示す図、 第８図はｆｌｌｌＪ定基準データから′Ａｐ１定動作点
を求める手段を示す図、 第９図〜第１１図は本実施例に用いた制御フローチャー
トを示す図、 第１２図はオフセット多面体上の移動経路デ−夕を求め
る手段を示す図、 第１３図は従来の測定基準情報の作成および測定方法を
示す図である。 １０　・・・　三次元測定機本体 １２　・・・　彼測定物 ２０　・・・　主コンピユータ ３４．７４　　・・・　キーボード ３６．７６　　・・・　グラフィックデイスプレィ３８
．７２　　・・・　外部記憶装置 ４０　・・・　サブコンピュータ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 被測定物の形状データを記憶しておく形状データ記憶手
   段と、 前記形状データを基準として被測定物を自動測定するた
   めの測定基準データを創成しその測定基準データを記憶
   しておく測定基準データ演算記憶手段と、 前記形状データを基準として被測定物と干渉しない一定
   量だけオフセットしたオフセット多面体データを創成し
   そのオフセット多面体データを記憶しておく多面体デー
   タ演算記憶手段と、 前記測定基準データを基に指示された測定範囲について
   オフセット多面体データから被測定物と干渉しない移動
   経路データを創成しその移動経路データを記憶しておく
   移動経路データ演算記憶手段と、 前記測定基準データと移動経路データに基づき測定を行
   うための測定動作データを創成する測定動作データ演算
   手段と、 実際に測定を行う自動測定手段と、 を備えたことを特徴とする三次元複合自由曲面形状の測
   定装置。