JPH0148485B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、座標測定方法及び装置、特に被測定
物に対してプローブを当接させ該当接点座標から
被測定物の形状等を測定可能な座標測定方法及び
装置の改良に関するものである。

複雑な被測定物の外形を測定するために３次元
測定機などによる座標測定が周知であり種々の精
密測定に広範囲に用いられている。

第１図にはこの種の３次元測定機が示されてお
り、測定機本体は固定ベース１０に据付けられた
載物台１２と固定ベース１０に対してXYZの３
次元方向に移動可能なプローブ１４を有し、被測
定物１６に対してプローブ１４を手動あるいはモ
ータ駆動により移動させ、所望の測定点にてプロ
ーブ１４を被測定物１６の外面に当接させ、該当
接点での座標を電気的に検出する。

前記プローブ１４のXYZ方向への移動を行う
ため、固定ベース１０にはＸ移動体１８、Ｙ移動
体２０及びＺ移動体２２が設けられており、手動
によりプローブ１４をスムーズに所望の位置に移
動することができ、あるいは各移動体にモータ駆
動機構を組込むことにより、操作者の遠隔操作に
よつてプローブ１４を所望の位置に移動すること
ができる。そして、各移動体にはエンコーダが組
込まれ、各軸方向への移動量を正確に検出するこ
とができる。

前記プローブ１４は通常の場合タツチプローブ
などから成り、被測定物１６の外面に接触した時
に電気的なタツチ信号を出力し、この時の各軸位
置を処理回路によつて読取らせることができる。
座標測定機はマイクロコンピユータと運動し、第
１図において、コンピユータ２４及びキーボード
２６が本体近傍に設置され、キーボード２６の指
令によつて所望の測長モードあるいはプローブ１
４のサイズ情報などがコンピユータ２４に入力さ
れ、これらの入力情報に基づいてコンピユータ２
４はプローブ１４及び各移動体１８，２０，２２
のエンコーダからの検出信号に基づいて被測定物
１６の外形を演算記憶し、所望の外形形状データ
を出力することができる。

前述した測定機によれば、複雑な形状を高精度
に測定することができるという利点を有するが、
測定情報として、プローブ１４の被測定物の外面
に当接した時のプローブ１４の静的な位置情報の
みであるため、実際の測定作業においては、極め
て複雑な手順と操作を必要とし、正しい測定を行
うために多大の知識と熟練が不可欠であるという
問題があつた。

このような操作性を低下させる原因としてはプ
ローブ１４の位置情報のみからは被測定物１６の
外形状を正しく指示できない点にあり、すなわ
ち、プローブ１４はそれ自体測定部に大きさを有
し、通常の場合球形状から成るプローブの径補正
を行わなければならないということにある。

第２，３図にはそれぞれ軸１６ａ及び穴１６ｂ
から成る被測定物の形状測定をする際のプローブ
１４の測定手順を示し、軸１６ａ及び穴１６ｂの
中心及びその外または内直径が測定される。この
ような測定対象が円である場合、通常３点測定に
より中心点及び直径を求めることができるが、実
際の測定に当つては、前述したように、プローブ
１４が直径ｄを有するため、この補正が必要とな
り、すなわち第２，３図において、測定点すなわ
ち被測定物へのプローブ１４の当接点は３点に設
定されているが、これによつて得られる位置情報
はプローブ１４の中心位置情報であり、このこと
から、第２図の軸１６ａの場合には測定された直
径情報からプローブ１４の直径ｄを差演算しなけ
ればならず、一方において第３図のような穴１６
ｂの測定に際しては測定された穴の直径にプロー
ブ１４の直径ｄを和演算しなければならない。し
かしながら、従来測置では、座標測定機から得ら
れる情報はプローブ１０の当接点における静的な
位置情報のみであり、これによつては、被測定物
が軸であるかあるいは穴であるかの判別もするこ
とができず、別個の情報を更に操作者がコンピユ
ータ２４に入力しなければならなかつた。実際
上、第２，３図に示されるように、このような識
別情報は第４のダミー情報により行われ、このた
めに、第２図の軸１６ａの場合には３点測定後に
その測定円外で第４のダミー情報を入力させ、ま
た第３図の穴１６ｂの測定では、３点測定後に測
定された円内にて第４のダミー情報が入力され
る。そして、これらのダミー情報から前記３点情
報が外接円であるか内接円であるかの識別を行
い、これによりプローブ１４の直径ｄの差演算あ
るいは和演算がコンピユータ２４によつて行わ
れ、初めて所望の測定値を得ることが可能とな
る。

更に、従来における操作性を低下させる他の要
因としては、測定値自体が静的であるため、各測
定項目毎に操作者が測定項目の指示を正確に行わ
なければならないことであり、またこの時、前述
したプローブ１４の直径補正が必ず必要となるた
めに前記円測定と同様に他の長さ測定時にも必ず
ダミー信号の検出が必要となることにある。

第４図には円と矩形との組合せから成る被測定
物１６ｃの外形測定が示されており、第２図と同
様の中心及び直径測定に始まり、この円と矩形と
の交点測定及びこの矩形各部における交点交角の
測定が行われる。

このような複合測定の場合においても、従来に
おいては、その都度キーボード２６から操作者が
所定の手順に従つた測定モードの指示を行わなけ
ればならず、第４図においては、まず円の中心及
び直径測定指示が行われ、これにより１〜４の測
定が行われ、ダミー測定４により円の中心及び直
径が求められる。そして、次に円と矩形との交点
測定が指示され、測定５，６により交点O₁が求
められる。そして、以下同様にして、矩形の交点
O₂、O₃が順次交点交角測定され、その都度正し
い手順の指示が行われ、また各交点交角測定値に
は必ずダミー入力９，１０，１５，１６が必要と
なる。

以上のように、従来においては、極めて単純な
測定に際しても操作者はキーボード２６などを用
いて正しい手順の指示を行い、また必要な場合に
必ず所望のダミー入力を行わなければならないと
いう問題があり、極めて煩雑な操作が必要であつ
た。

本発明は上記従来の課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は、座標測定の操作性を改善し、
迅速に複雑な形状測定を可能とする座標測定方法
及び装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る方法
は、プローブを被測定物に当接させ該当接点の座
標を少なくとも２軸方向に対して電気的に出力し
被測定物の形状測定を行う座標測定方法におい
て、当接点におけるプローブ位置座標とともに当
接時におけるプローブの移動方向を検出しこの位
置座標及び移動動方向の両者からプローブ当接点
における被測定物の外形座標を動的に演算するこ
とを特徴とする。

また、本発明に係る装置は、少なくとも２軸方
向に移動して被測定物の外面に当接した時にタツ
チ信号を出力するプローブと、プローブの移動位
置を常時電気的に検出し、位置情報を出力する位
置検出器と、プローブのタツチ信号によりプロー
ブ当接時の位置検出器から出力される位置情報の
座標を読取る座標読取回路と、プローブ当接直前
の位置検出器出力により前記位置検出器の出力す
る位置情報を所定時間遅延して直前位置情報とし
て記憶する遅延手段と、前記タツチ信号の入力時
に前記位置検出器からのプローブ当接時の位置情
報と前記遅延手段からの直前位置情報とを演算し
て移動方向検出信号を出力する演算手段と、を有
し、プローブ当接時の移動方向を判別する方向判
別回路と、前記座標読取回路及び方向判別回路の
両出力からプローブ当接時の座標を動的に演算す
る座標演算回路とを含む。

以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説
明する。

第５図には本発明に係る座標測定方法が適用さ
れた３次元測定機の概略構成が示されている。前
述したように、３次元測定機のプローブ１４は該
プローブ１４と組合されたタツチセンサ３０によ
り被測定物との当接時にタツチ信号１００が出力
される。また、前記プローブ１４の各軸方向の移
動量あるいは位置は前述した従来装置における各
移動体１８，２０，２２に組込まれたＸエンコー
ダ３２、Ｙエンコーダ３４及びＺエンコーダ３６
により検出され、これらの検出信号はプローブ位
置演算回路３８によつて演算処理され、プローブ
１４の位置が常時連続的に検知され、実施例にお
いては、各エンコーダ３２，３４，３６とプロー
ブ位置演算回路３８とによつてプローブ１４の位
置検出器が形成されている。

従来と同様に、プローブ位置演算回路３８の出
力は座標読取回路４０に供給されており、前記タ
ツチセンサ３０から得られるタツチ信号１００が
座標読取回路４０に供給された時、座標読取回路
４０はこの時のプローブ位置信号を記憶する。す
なわち、座標読取回路４０はそれ自体デジタル記
憶回路から成り、タツチ信号１００の印加時にお
けるプローブ位置演算回路３８からの信号を各軸
方向に対して記憶保存することができる。

本発明において、特徴的なことは、プローブ１
４の被測定物への当接時において、この座標信号
が動的情報として検出されることであり、このた
めに、装置には方向判別回路４２が設けられてお
り、これによつて、プローブ１４の当接時の方向
が判別される。実施例における方向判別回路４２
はプローブ位置演算回路３８のプローブ位置情報
を座標読取回路４０より僅かに遅延させて記憶す
る遅延手段としてのデジタルメモリからなり、こ
れによつて当接直前位置情報ののプローブ位置を
検知し、演算手段により、このプローブ直前位置
情報と前記プローブ位置演算回路３８からのプロ
ーブ当接時の位置情報との両者からプローブ１４
の移動方向が判別され、プローブの移動方向検出
信号を出力する。このため、方向判別回路４２は
遅延回路を伴うデジタルメモリから成り、そのメ
モリ保持入力には座標読取回路４０と同様にタツ
チ信号１００が供給され、プローブ１４の当接直
前におけるプローブ直前位置情報が記憶保持され
ることとなる。

前記座標読取回路４０のプローブ位置座標及び
方向判別回路４２のプローブ移動方向の両信号は
座標演算回路４４へ供給され、これによつて所望
の演算処理が施され、端子４６から外部へ出力さ
れる。

以上のように、本発明によれば、プローブの移
動方向が位置座標と共に検出されるので、動的な
測定値が求められ、これによつて、従来のダミー
情報を必要とすることなく、また測定値自体の有
する情報が増大するために、従来のような細かい
手順指示を必要とすることなく複雑な測定を極め
て単純に行うことが可能となる。

第６図には軸１６ａの中心及び直径を求めるた
めの本発明による座標測定方法が示され、従来の
ダミー測定を必要とすることなく１〜３の３点測
定のみにより外接円であることの判別及び所望の
演算が行われる。すなわち、第６図から明らかな
ように、各当接点における位置座標の測定１，
２，３とは別個に、各実施例においては、各当接
点の直前において、それぞれ方向を判別するため
の３個の情報１ａ，２ａ，３ａなる移動方向信号
が得られ、これらによつて正しい演算処理が行わ
れる。各直前に求められる情報は、従来捨てられ
ていた途中の移動情報の取込みにより行われ、本
発明において、測定操作時に操作者はこの移動方
向の検出を何ら考慮することなく、自動的に情報
の取込みが行われ、このような円測定においてダ
ミー情報の検出が不要となり、操作性を著しく改
善することが可能となる。

更に、本発明によれば、前記円測定ばかりでな
く、他の測定においても動的に移動方向の検出情
報を伴うため、例えば第７，８図のように２個の
測定情報のみによつても、各測定点における位置
座標がそれぞれ移動情報を伴つているために、第
７図のように外幅であるか第８図のように円幅で
あるかを容易に識別し、操作者から何らの指示が
なくとも、装置自体がこれらの識別を容易に行う
ことが可能となる。

第９図には更に交点Ｏの交点交角測定作用が示
され、１〜４の４ケ所の当接点における測定のみ
で、所望の交点交角が求められる。すなわち、通
常の場合、被測定物はその外形がほとんど円と直
線との組合せから成り、他の特殊な曲面はカム面
その他において僅かに現われるのみであり、この
ような被測定物の外形からすれば、連続した測定
される２個の測定点が第９図の１，２あるいは
３，４のように、両者間でその移動方向が同一の
向きに平行であれば、この２点は直線であること
が容易に理解され、また直線の測定ではプローブ
１４の当接点は２点のみに限定されるので、コン
ピユータは何らの測定指示情報を得ることなく、
各測定点におけるプローブの移動方向と測定点数
との組合せにより現在得られている測定情報が直
線に対するものであるか、円に対するものである
かあるいは交点交角に対するものであるかを容易
に識別し、順次これらを組合せて、所望の座標演
算を行うことが可能となる。

例えば、第９図のごとき矩形状の交点交角測定
に際しては、コンピユータ１，２の２個の情報か
ら、これは直線情報であることを識別し、また被
測定物はプローブの右側に位置していることも同
時に各移動方向情報から理解し、所望の演算を施
すことができる。そして、次の情報３はその移動
方向がそれ以前の２個の情報に対してほぼ90゜異
なることから、この時点にて別個の面測定が開始
されたことを理解し、更に第４の測定信号が入力
されると、これは前記信号３との組合せにより同
一の向きでかつ平行な情報であることから、この
２個の信号により新たな直線が測定されたことを
自動的に識別する。従つて、これら２本の直線か
ら交点Ｏの交点交角が容易に求められることとな
る。

従つて、本発明によれば、測定開始のみを指示
して、操作者は単に所望の測定点のみにプローブ
を当接させてゆくのみで他の測定指示を何ら行う
ことなく全座標測定を自動的に行うことも可能と
なる。

もちろん、このような全自動測定に際しては、
プローブの当接が被測定物の外面に対してほぼ垂
直に当接することが必要となるが、この時のプロ
ーブ入射許容誤差θは第１０図に示されるように
ほぼ30゜程度まで許容可能であり、また特に必要
な場合には簡単な測定指示をキーボードから装置
に与えることにより極めて広範囲の測定をカバー
することが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、従来の
位置座標測定に加えて移動方向の情報を取出し、
この移動情報は従来捨てられていた情報の活用に
より極めて容易に行うことができ、これによつて
動的な検出信号が得られ、プローブの直径補正に
必要なダミー測定を除去し、また複雑な操作指示
を省略できるなど極めて簡便な操作により正しく
測定作業を行うことを可能とし、熟練を要するこ
となく、またプローブの移動を所定のプログラム
に従つて行うことによつて全自動の測定をも可能
とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の一般的な３次元測定機を示す外
観図、第２，３，４図は従来の座標測定を示す説
明図、第５図は本発明に係る座標測定方法が適用
された測定機の概略構成を示す説明図、第６，
７，８，９，１０図は本発明の作用説明図であ
る。 １４…プローブ、１６…被測定物、３０…タツ
チセンサ、３２…Ｘエンコーダ、３４…Ｙエンコ
ーダ、３６…Ｚエンコーダ、３８…プローブ位置
演算回路、４０…座標読取回路、４２…方向判別
回路、４４…座標演算回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ プローブを被測定物に当接させ該当接点の座
   標を少なくとも２軸方向に対して電気的に出力し
   被測定物の形状測定を行う座標測定方法におい
   て、 当接点におけるプローブ位置座標と共に当接時
   におけるプローブの移動方向を検出しこの位置座
   標及び移動方向の両者からプローブ当接点におけ
   る被測定物の外形座標を動的に演算することを特
   徴とする座標測定方法。 ２ 少なくとも２軸方向に移動して被測定物の外
   面に当接した時にタツチ信号を出力するプローブ
   と、 前記プローブの移動位置を常時電気的に検出
   し、位置情報を出力する位置検出器と、 プローブのタツチ信号によりプローブ当接時の
   位置検出器から出力される位置情報の座標を読取
   る座標読取り回路と、 前記位置検出器の出力する位置情報を所定時間
   遅延して直前位置情報として記憶する遅延手段
   と、前記タツチ信号の入力時に前記位置検出器か
   らのプローブ当接時の位置情報と前記遅延手段か
   らの直前位置情報とを演算して移動方向検出信号
   を出力する演算手段と、を有し、 プローブ当接時の移動方向を判別する方向判別
   回路と、 前記座標読取り回路及び方向判別回路の両出力
   からプローブ当接時の座標を動的に演算する座標
   演算回路と、を含むことを特徴とする座標測定装
   置。