JPH0229965B2 - - Google Patents

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JPH0229965B2
JPH0229965B2 JP59088888A JP8888884A JPH0229965B2 JP H0229965 B2 JPH0229965 B2 JP H0229965B2 JP 59088888 A JP59088888 A JP 59088888A JP 8888884 A JP8888884 A JP 8888884A JP H0229965 B2 JPH0229965 B2 JP H0229965B2
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JP
Japan
Prior art keywords
measurement
displacement
approach
ball
axis
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP59088888A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS60233512A (ja
Inventor
Takayuki Sasabe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Osaka Kiko Co Ltd
Original Assignee
Osaka Kiko Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osaka Kiko Co Ltd filed Critical Osaka Kiko Co Ltd
Priority to JP8888884A priority Critical patent/JPS60233512A/ja
Publication of JPS60233512A publication Critical patent/JPS60233512A/ja
Publication of JPH0229965B2 publication Critical patent/JPH0229965B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/22Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Machine Tool Copy Controls (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 イ 産業上の利用分野 本発明は三次元自由曲面の座標値測定における
角度検出方法に関し、さらに詳しくは、三次元自
由曲面の座標値測定に於いて、倣い工作機の自動
アプローチ機能を用いた場合に起こる測定球と被
測定物との接触点での摩擦を低減させて高精度な
角度検出を行う角度検出方法である。
ロ 従来技術 最近の傾向として切削加工から成形加工へと需
要が変化してきており、しかも、ますます高精度
で、かつ、短納期が要求されるようになつてきて
いる。そして成形加工の中でも、特に三次元自由
曲面を持つ金型の高精度の外形測定は三次元測定
機以外では計測が困難である。しかし、三次元測
定機は高価で、中小企業の多い金型メーカーでは
経済的な面で入手できない。
上記の事情から、簡易的に倣い工作機のトレー
サを用いてオン・ザ・マシンで高精度な計測の可
能性を検討した。公知の倣い工作機の三次元座標
測定原理は1軸固定自動アプローチ機能を用い、
被測定物に対してアプローチをかけ、アプローチ
終了点における測定の合成変位のベクトルから、
測定球と被測定面との接触点での角度を算出し、
アプローチ終了時のX、Y、Z軸方向の座標と、
測定球径及び演算によつて得られた角度により、
X、Y、Z軸方向の座標を補正し、被測定物と測
定球との接触点の座標を得るものである。
第1図は、測定球中心Oと被測定物2と測定球
1との接触点Tを含む平面で切つたものである。
第1図において、測定球1はXY軸を固定してZ
軸方向に下降し、はじめT′点で被測定物2に接
触、この時の球心位置をO′とする。さらに測定
球1はアプローチを続け、仮想球中心O″の位置
まで下降して停止する。実際には、被測定物と接
触することにより、接触点Tを含む被測定物表面
の法線上、点Oに測定球中心が移動することにな
る。は測定球径に対応した変位量であり、
OO″が測定球の実際の変位量として検出される。
仮想球中心点O″の座標値を(X、Y、Z)とし
たとき、測定球と被測定物との接触点Tの座標値
を求めるには(X、Y、Z)から、斜線部で示し
た補正量(Hx、Hy、Hz)を減算してやればよ
い。補正量は測定球半径をRとして で求められる。
但し、Ex:X軸方向の変位量 Ey:Y軸方向の変位量 Ez:Z軸方向の変位量 第2図は、上記の性能を満足するトレーサヘツ
ドの基本構造で、測定球が平滑な被測定面に対し
法線方向に変位し停止させるには、測定球を三次
元方向に自由支持し、X、Y、Z方向とも変位一
荷重特性(バネ常数)が等しいことが必要であ
る。
第2図において、測定球1は円筒状に分布した
複数の弾性リボン3とそれに直角なフランジ5で
支持される。弾性リボンでXY平面内の動作、フ
ランジ5とトレーサ軸8との間のリニアボール6
でZ軸方向の動作を保証し、トレーサ軸は常に垂
直方向を保ち平行移動式で弾性変位する機構であ
る。変位の検出はX、Y、Z軸方向にそれぞれ差
動トランス7を設けて検出する。4は重量調整器
である。
ところで、上記の計測方法は、第3図に示す様
に、倣い工作物の同時1軸自動アプローチ機能を
用いて角度θを検出し、接触点の座標を算出して
いる。この同時1軸自動アプローチは測定球1が
被測定物2と接触し、軸方向変位量Ex、Ey、Ez
を入力しながら測定球1が被測定物2に沿つて移
動し、合成変位量(E=√222)が予
め設定された基準変位値に達した時終了する。と
ころが、この時アプローチ方向による被測定物2
と測定球1との間の摩擦力fの影響によつて測定
球1の被測定物2による抗力Nが測定点Tでの面
法線方向を向かない。この為、軸方向変位(Ex、
Ey、Ez)から算出される測定点の角度θは実際
の値とは異なるものとなり、この角度から求めら
れる測定点の座標は測定球径に比例した誤差が介
入する。
ハ 発明の目的 本発明は倣い工作機のトレーサを用い、測定球
と被測定物との間の摩擦力の影響を除去して角度
検出精度を向上させて高精度な三次元座標値測定
を行うことである。
ニ 発明の構成 上記目的の達成手段として本発明は、自動アプ
ローチ機能、及び同時3軸制御機能を有する倣い
工作機の主軸に、三次元方向に自由支持され、
XYZ方向とも等しい変位−荷重特性を有する測
定球を装着して被測定面の角度検出手段を構成
し、前記測定球を被測定物に接触させ、前記被測
定面に沿つて移動させることによつて、1軸固定
で自動アプローチをかけ、合成変位量(E=√
E2 X+E2 Y+E2 Z)を測定し、この合成変位量が予
め設定された基準値に達したときに前記自動アプ
ローチを停止させ、この自動アプローチ終了点に
おける変位量からNCの内部演算によつて接触点
の斜面からの抗力の方向ベクトルを求め、続いて
この抗力ベクトルの方向に対する摩擦力の影響を
排除するため、前記測定球と斜面とが完全に離れ
る距離だけ測定球を同時3軸NC自動送りによつ
て移動させる第1の測定手順と、前記摩擦力が生
じない方向から同時3軸NC自動送りによつて測
定球を前記第1の測定手順で求めた前回のアプロ
ーチ終了点へ位置決めし、再び変位量の読み取
り、この変位量からNCの内部演算によつて斜面
からの抗力の方向ベクトルを求め、この後、同時
3軸自動送りによつて、この抗力ベクトル方向に
測定球と斜面とが完全に離れる迄測定球を移動さ
せる第2の測定手順と、前回のアプローチ終了時
の変位量と今回のアプローチ終了時の変位量を比
較してその差が前以て設定された一定の範囲内に
入る迄前記第2の測定手順を繰り返し、最終的な
アプローチ終了時の変位量を取り込む第3の測定
手順と、上記第3の測定手順で得た最終のアプロ
ーチ終了時の変位量からNCの内部演算によつて
接触点の角度を求め、かつ、求められた角度と測
定球の径とによつて接触点の座標を算出する第4
の測定手順からなる三次元座標測定における高精
度角度検出方法を提供するものである。
ホ 実施例 第4図乃至第8図において、斜線部分は測定斜
面11を示し、円は倣い工作機の測定球12を示
し、一点鎖線Cは測定点Tでの面法線を示し、矢
印Dは測定球の運動方向を示し、矢印Nは演算結
果による抗力ベクトルの方向を示す。
以下、第4図乃至第8図によつて本発明による
三次元測定における角度検出方法を説明する。
第1の測定手順 測定球12を被測定物11に対し、X、Y、Z
軸のうち1軸固定で自動アプローチさせ、第9図
に示すように自動アプローチ終了点、即ち測定点
Tにおける変位量Ex、Ey、Ezを電気的に検出し
て読み取り、NCの内部演算によつて測定点Tの
斜面からの抗力の方向ベクトルを求める(第4
図)。この演算によつて求められた抗力の方向ベ
クトルは、理論的には第1図のT−O線の方向に
向いている筈であるが、現実的には摩擦力fの存
在によつて、測定点Tでの法線より若干反時計方
向、例えば矢印Nで示す方向に向いている(第5
図)。そこでNCの内部演算による上記抗力の方
向ベクトルの算出に際し、摩擦力fの影響を排除
するため、測定球12と斜面が完全に離れる距離
だけ、測定球12を同時3軸NC自動送りによつ
て移動させ(第6図)、この後摩擦力fが生じな
い方向Dから測定球12を再プローチさせる。
第2の測定手順 第1の測定手順で求めたアプローチ終了点へ同
時3軸NC自動送りによつて測定球12を位置決
めし(第7図)、再び変位量Ex′、Ey′、Ez′を読
み取り、この状態での斜面からの抗力の方向ベク
トルを第1の測定手順と同様の測定手順に従つて
求め、続いて同時3軸NC自動送りによつて上記
抗力の方向ベクトルにそつて、測定球12が斜面
から完全に離れるまで移動させる。
第3の測定手順 第1の測定手順によるアプローチ終了点の変位
量と第2の測定手順によるアプローチ終了点の変
位量とを比較し、その差が一定範囲内に入るま
で、上記第2の測定手順を繰り返す(第8図)。
第4の測定手順 第3の測定手順によつて最終的なアプローチ終
了時の変位量を取り込み、NCの内部演算によつ
て接触点の角度を求める。そして求められた角度
と測定球径とによつて接触点の座標を算出する。
ヘ 発明の効果 上記の第1から第4の測定手順において、第3
の測定手順によつてアプローチ方向が原因で生じ
る摩擦を減び、斜面からの抗力を接触点の面法線
方向へ近づけることが可能となる。
本発明は同時3軸制御機能及び自動アプローチ
機能を備えた倣い工作機のトレーサを用いた測定
のみでなく、アナログ式三次元座標測定機にも応
用できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は倣い工作機のトレーサによる三次元座
標測定原理図、第2図はトレーサの内部構造を示
す図面、第3図は自動アプローチ終了点での測定
球と斜面間の力関係を示す図面であり、第4図乃
至第8図は本発明の測定手順の説明図である。ま
た、第9図は変位量の読み取り状態の説明図であ
る。 11…測定斜面、12…測定球、T……測定
点、C…測定点Tでの面法線、N…演算結果によ
る抗力ベクトルの方向。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 自動アプローチ機能、及び同時3軸制御機能
    を有する倣い工作機の主軸に、三次元方向に自由
    支持され、XYZ方向とも等しい変位−荷重特性
    を有する測定球を装着して被測定面の角度検出手
    段を構成し、前記測定球を被測定物に接触させ、
    前記被測定面に沿つて移動させることによつて、
    1軸固定で自動アプローチをかけ、合成変位量
    (E=√2 X2 Y2 Z)を測定し、この合成変位
    量が予め設定された基準値に達したときに前記自
    動アプローチを停止させ、この自動アプローチ終
    了点における変位量からNCの内部演算によつて
    接触点の斜面からの抗力の方向ベクトルを求め、
    続いてこの抗力ベクトルの方向に対する摩擦力の
    影響を排除するため、前記測定球と斜面とが完全
    に離れる距離だけ測定球を同時3軸NC自動送り
    によつて移動させる第1の測定手順と、 前記摩擦力が生じない方向から同時3軸NC自
    動送りによつて測定球を前記第1の測定手順で求
    めた前回のアプローチ終了点へ位置決めし、再び
    変位量を読み取り、この変位量からNCの内部演
    算によつて斜面からの抗力の方向ベクトルを求
    め、この後、同時3軸自動送りによつて、この抗
    力ベクトル方向に測定球と斜面とが完全に離れる
    迄測定球を移動させる第2の測定手順と、 前回のアプローチ終了時の変位量と今回のアプ
    ローチ終了時の変位量を比較してその差が前以て
    設定された一定の範囲内に入る迄前記第2の測定
    手順を繰り返し、最終的なアプローチ終了時の変
    位量を取り込む第3の測定手順と、 上記第3の測定手順で得た最終のアプローチ終
    了時の変位量からNCの内部演算によつて接触点
    の角度を求め、かつ、求められた角度と測定球の
    径とによつて接触点の座標を算出する第4の測定
    手順からなる三次元座標測定における高精度角度
    検出方法。
JP8888884A 1984-05-02 1984-05-02 三次元座標値測定における高精度角度検出方法 Granted JPS60233512A (ja)

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