JPH03140814A - 三次元直交座標型高速精密測定機 - Google Patents

三次元直交座標型高速精密測定機

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JPH03140814A
JPH03140814A JP2263973A JP26397390A JPH03140814A JP H03140814 A JPH03140814 A JP H03140814A JP 2263973 A JP2263973 A JP 2263973A JP 26397390 A JP26397390 A JP 26397390A JP H03140814 A JPH03140814 A JP H03140814A
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axis
cnc
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axes
servo
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Ye-Son Hong
洪　藝善
Moon-Sang Kim
金　▲ぶん▼相
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Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Korea Institute of Science and Technology KIST
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Korea Advanced Institute of Science and Technology KAIST
Korea Institute of Science and Technology KIST
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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、金型の如き精密加工物の自由曲面形状を非接
触式にスキャニング測定する三次元直交座標型精密測定
機に係るもので、詳しくは、サーボ空圧式ＣＮＣ（Ｃｏ
ｍｐｕｔｅｒｉｚｅｄ　Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　Ｃｏｎｔ
−ｒｏｌ）制御駆動装置と光学式非接触測定プローブ（
Ｐｒｏｂｅ）とを利用して自由曲面の形状を自動的に精
密測定し得るようにした三次元直交座標型高速精密測定
機に関するものである。
〈従来の技術〉 一般に、金型のような精密加工物の形状を測定するとき
、三次元直交座標型精密測定機を使用している。そして
、三次元精密測定を自動的に行う場合には、Ｚ軸の下方
端に付着する測定プローブの経路をＮＣ（数値制御）プ
ログラムにより設定することを要する。即ち、Ｎ、Ｃ制
御の可能な駆動装置により測定プローブを移動させる機
能を備えたＣＮＣ制御測定機が必要となり、このような
ＣＮＣ制御三次元精密測定機の駆動に於いては、従来で
は、主に、電気式サーボ制御駆動装置が使用されている
。
〈発明が解決しようとする課題〉 ところが、直流サーボモーターのような電気式サーボ駆
動装置は回転駆動を行うので、三次元直交座標測定機に
適用すべく直線駆動を実現させるためには、回転駆動を
直線駆動に減速、変換させるための高価な部品が別途に
必要になるという欠点がある。
それで、本発明は、このような問題点を解決するため、
サーボ空圧式ＣＮＣ制御駆動装置を三次元直交座標精密
測定機の駆動装置に応用し、測定プローブとして非接触
状態において速い速度で被測定物までの距離を精密測定
し得るレーザ光学式測定プローブを利用することにより
、構造が簡単で且つ製品価格が安く、しかも、高速で加
工物の形状を自動的に精密測定することができる三次元
直交座標型高速精密測定機を提供しようとするものであ
る。
〈課題を解決するための手段〉 このため本発明は、ＣＮＣ制御直線駆動軸を用いて構成
したサーボ空圧式ｘ、ｙＳｚ軸駆動モジュールと、該ｘ
Ｓｙ、ｚ軸駆動モジュールの駆動を制御する３軸制御用
ＣＮＣ制御器と、該３軸制御用ＣＮＣ制御器と互いにデ
ータを送受信するプロセスコンピューターと、前記Ｚ軸
駆動モジュールの下方部位に付着され被測定物の表面間
の距離を測定するレーザ光学式非接触測定プローブとに
より構成した。
く作用〉 このように構成された本発明に係る三次元直交座標型高
速精密測定機に於いて、３軸制御用ＣＮＣ制御器からの
ＣＮＣ制御信号に基づいてサーボ空圧式Ｘ、Ｙ、Ｚ軸駆
動モジュールの位置を制御してレーザ光学式非接触測定
プローブを移動させ、被測定物の表面間の距離を測定す
ることにより、被測定物の形状を自動的に測定する。
このように、サーボ空圧式ＣＮＣ制御駆動装置を使用す
ることにより、３軸を直接直線駆動を行うことがてきる
と共に重量当りの出力比が高（なって加速及び減速が速
くなる。且つ、モジュール化及び軽量化により三次元直
交座標系の駆動システムを構成することが極めて容易に
なると共に駆動速度が速いため高速で測定プローブを移
動させることができる。
〈実施例〉 以下、本発明に係る三次元直交座標型高速精密測定機の
実施例に対し図面を用いて詳細に説明する。
第１図は本発明に係る三次元直交座標型高速精密測定機
の一実施例の構成を示した概略図で、図面に示したよう
に、ＣＮＣ制御直線駆動軸等を利用して例えばゼントリ
（Ｇｅｎｔｒｙ）型に構成したサーボ空圧式Ｘ、Ｙ、Ｚ
軸駆動モジュール３，４．５．６と、該Ｘ、Ｙ、Ｚ軸駆
動モジュー／Ｉ／３，４．５．６の駆動を制御する３軸
制御用ＣＮＣ制御器２と、該３軸制御用ＣＮＣ制御器２
と互いにデータを送受信するプロセスコンピューター■
と、前記Ｚ軸駆動モジュール６の下方部位に付着されて
被測定物８の表面間の距離を測定するレーザ光学式非接
触測定プローブ７とにより本実施例の三次元直交座標型
高速精密測定機が構成されている。
尚、前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸駆動モジュール３，４．５．６は
、用途に従ってデカルト（Ｃａｒｔｅｓｉａｎ）型にも
構成することができる。
又、第２図は第１図に於ける３軸制御用ＣＮＣ制御器２
の構成を示したブロック図で、図面に示したように、測
定しようとする被測定物８の形状に対する電算データ（
ＣＡＤデータ）から測定プローブ７の経路に対する直交
座標系数値プログラムを生成して出力するホストコンピ
ューター１０から前記直交座標系数値プログラムの入力
を受は又は測定プローブ７の測定経路に対する直交座標
系数値プログラムの入力を受けてそれに伴うＸ、Ｙ、Ｚ
軸ＣＮＣ制御信号を出力するプロセスコンピューター１
から信号インタフェース部１１を通して前記Ｘ５ＹＳＺ
軸ＣＮＣ制御信号を受けてＸＳＹ。
ＺＭＣＮＣ位置制御を行い、後述するｘＳｙ、ｚ軸用直
線測定器（Ｌｉｎｅａｒ　５ｃａｌｅ）３０．３１．３
２からのｘＳｙＳｚ軸の直線測定値の入力を受けて前記
信号インタフェース１１を通して前記プロセスコンピュ
ーター１に印加するＸ、Ｙ、Ｚ軸用ＣＮＣ位置制御器２
１．２２．２３と、該ｘ、ｙＳｚ軸用ＣＮ軸位ＣＮＣ位
置制御器２２．２３の制御を受けて作動する各電気空圧
式サーボバルブ２４．２５．２６と、該電気空圧式サー
ボバルブ２４．２５．２６の作動によりＸＳＹ。
Ｚ軸を直線状に移動させる各サーボ空圧式シリンダー２
７．２８．２９と、該サーボ空圧式シリンダー２７．２
８．２９の移動に伴うｘ、ｙＳｚ軸の直線値を測定して
前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸用ＣＮ軸位ＣＮＣ位置制御器２．２３
に夫々印加するｘ、ｙ、、ｚ軸用直線測定器（Ｌ−ｉｎ
ｅａｒ　５ｃａｌｅ）３０．３１．３２と、レーザ光学
式測定プローブ７からの測定信号を処理した後、前記信
号インタフェース部１１を通して前記プロセスコンピュ
ーター１に印加する測定信号処理器３３とにより本実施
例の３軸制御用ＣＮＣ制御器２が構成されている。
更に、第３図は第２図に於けるサーボ空圧式シリンダー
２７の構成を示した例示図で、図面に示したように、本
実施例のサーボ空圧式シリンダー２７は、ロードの無い
複動シリンダーであって、電気空圧式サーボバルブ２４
の作動に従いピストン２７４がそのシリンダー２７の内
部で直線状に摺動し、このとき、そのピストン２７４の
摺動で鋼鉄ベルト２７２及びプーリ２７１を介してキャ
リッジ２７３を移動させることによりそのピストン２７
４の移動量をＸ軸用直線測定器３０で測定し得るように
構成されている。そして、サーボ空圧式シリンダー２８
．２９も前記サーボ空圧式シリンダー２７と同様に構成
されている。
又、第４図は第１図に於けるレーザ光学式非接触測定プ
ローブの構成を示したブロック図で、図面に示したよう
に、レーザ光を発生するレーザ光源７１と、該レーザ光
源７１のレーザ光を被測定物８に投射する規準レンズ７
２と、前記被測定物８から反射したレーザ光を集束させ
る集光レンズ７３と、該集光レンズ７３で集束したレー
ザ光により像（Ｉｍ−ａｇｅ）を結ぶことで被測定物８
の相対的な位置を検出するための測定信号を前記測定信
号処理器３３に印加する画像感知器７４とにより本実施
例のレーザ光学式非接触測定プローブ７が構成されてい
る。
ここで、被測定物８の表面上に設定される基準位置は規
準レンズ７２の焦点距離により光学的に決定されるもの
であって、規準レンズ７２を通過したレーザ光が、基準
位置の上、下方側の地点Ｐｌ又はＰ２でそれぞれ反射さ
れる場合、測定プローブ７の画像感知器７４に形成され
る像は、第４図に示したように、基準位置で反射された
レーザ光によ０ る像の下方側又は上方側にそれぞれ形成される。
次に、このように構成された本実施例の三次元直交座標
型高速精密測定機の作用を説明すると次のようである。
第２図に示したように、プロセスコンピューター１でホ
ストコンピューターｌからの直交座標系数値プログラム
に伴うＸ、Ｙ、Ｚ軸位置命令信号を信号インタフェース
部１１を通して出力しＸ、Ｙ、Ｚ軸用ＣＮＣ位置制御器
２１．２２．２３に夫々印加すると、Ｘ、Ｙ、Ｚ軸用Ｃ
ＮＣ位置制御器２１．２２．２３ではそのＸ５ＹＳＺ軸
ＣＮＣ制御信号に伴うＸ１Ｙ、Ｚ軸位置制御信号を夫々
出力して電気空圧式サーボバルブ２４．２５．２６を夫
々作動させることによりサーボ空圧式シリンダー２７．
２８．２９が夫々駆動される。従って、レーザ光学式測
定プローブ７が前記直交座標系数値プログラムに伴う所
定位置に移動するようになる。即ち、Ｘ軸用ＣＮＣ位置
制御器２１でＸ軸位置制御信号を出力して電気空圧式サ
ーボバルブ２４の空気の流れ方向を決定することにより
サーボ空圧式シリンダー２７のピストン２７４１ が左側又は右側方向に移動される。例えば、Ｘ軸用ＣＮ
Ｃ位置制御器２１の制御により空気か電気空圧式サーボ
バルブ２４でサーボ空圧シリンダー２７の左側に流入す
る場合にはその内部ピストン２７４が右側方向に直線状
に移動される。反対に、電気空圧式サーボバルブ２４で
サーボ空圧式シリンダー２７の右側に空気が流入する場
合にはそのピストン２７４が左側方向に移動される。こ
のように、サーボ空圧式シリンダー２７のピストン２７
４が右側又は左側方向に移動してサーボ空圧式Ｘ軸駆動
モジュール３．４の位置が決定される。又、上記サーボ
空圧式シリンダー２７内のピストン２７４か左側又は右
側に移動するに従い鋼鉄ベルト２７２及びプーリ２７１
を介してキャリッジ２７３も移動してピストン２７４の
移動量がＸ軸用直線測定器３０で測定される。このよう
に、Ｘ軸用直線測定器３０で測定されたＸ軸の直線移動
量は、Ｘ軸用ＣＮＣ位置制御器２１に入力された後、信
号インタフェース部１１を通してプロセスコンピュータ
ー１に印加される。
同様に、ＹＳＺＳ用軸ＮＣ位置制御器２２．２３で２ Ｙ、Ｚ軸位置制御信号を夫々出力して電気空圧式サーボ
バルブ２５．２６の空気の流れ方向を決定することによ
り、サーボ空圧式シリンダー２８．２９内部のピストン
が所定方向に移動してサーボ空圧式Ｙ、Ｚ軸駆動モジュ
ール５．６の位置か決定される。
このとき、そのＹ、Ｚ軸移動量はＹ、Ｚ軸用直線測定器
３１．３２で測定されてＹ、Ｚ軸用ＣＮＣ位置制御器２
２．２３に入力された後、信号インタフェース部１１を
通してプロセスコンピューター１に印加される。このよ
うに、サーボ空圧式シリンダー２７．２８．２９の駆動
によりレーザ光学式非接触測定プローブ７が前記直交座
標系数値プログラムに伴う所定位置に移動するようにな
る。そして、このとき、各ｘＳｙ、ｚ軸の実際移動量は
、前述したように、Ｘ、ＹＳＺ軸用軸線直線測定器３ｏ
１．３２テ測定されＸ、Ｙ、Ｚ軸用ＣＮＣ制御器２１．
２２．２３を夫々通した後、信号インタフェース部１１
を通してプロセスコンピューター１に印加されるため、
そのプロセスコンピューター１では単位時間毎にレーザ
光学式非接触測定プローブ７の実際移動量を認識して記
憶するようになる。
一方、この場合、レーザ光源７１でレーザ光が発生し、
該レーザ光は規準レンズ７２を通って被測定物８に投射
される。従って、その被測定物８で反射したレーザ光は
集光レンズ７３で集束された後、画像感知器７４に印加
されて像を結ぶようになるため、測定信号処理器３３で
は被測定物８の形状に対応するその画像感知器７４の像
の位置から被測定物８の相対位置を検出するようになる
。この測定信号処理器３３で検出された信号は、信号イ
ンタフェース部１１を通してプロセスコンピューター１
に印加されるのでそのプロセスコンピューター１で被測
定物８の相対的な位置を認知し得るようになる。
このように、プロセスコンピューターｌでＸＳＹ。
Ｚ軸圧直線測定器３０．３１．３２による実際の座標を
読みとり、レーザ光学式非接触測定プローブ７により測
定された被測定物８の表面間の実際距離を読みとること
により、これら測定数値を一連の測定データメトリック
スで記憶装置に記憶させる。
その記憶させた測定データを利用して加工誤差及３ ４ び形状誤差等を評価するプログラムを遂行することによ
り被測定物８の形状を精密に測定することができるよう
になる。
かかる構成によれば、サーボ空圧式のＣＮＣ制御駆動機
構を使用したので、従来の直流サーボモーターを使用し
た場合のように回転駆動を直線駆動に変換する変換機構
が不要になり、装置の構造が簡単で且つ製品コストを安
くできる。また、レーザ光学式非接触測定プローブを用
いたので、高速且つ高精度に測定することができる。
〈発明の効果〉 以上、説明したように、本発明に係る三次元直交座標型
高速精密測定機は、三次元直交座標型高速精密測定機が
要求する測定プローブの直線駆動に直線測定器を収納し
たＣＮＣ位置制御式空圧シリンダーを利用することによ
り、位置制御精密度が保証され、且つ回転駆動を直線駆
動に変換するための装置が不要でシステムの構成が容易
になるので構造が簡単になる効果がある。又、製品価格
が減少されると共にレーザ光学式測定プローブを５ 用いているので測定精密度を向上させる効果がある。更
に、測定距離の範囲を広く設定し得ると共に大型加工物
の迅速な測定に適用し得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る三次元直交座標型高速精密測定機
の一実施例の構成を示した概略図、第２図は第１図にお
ける３軸制御用ＣＮＣ制御器の構成を示したブロック図
、第３図は第２図におけるサーボ空圧式シリンダーの構
成を示した例示図、第４図は第１図におけるレーザ光学
式非接触測定プローブの構成を示したブロック図である
。 ｌ・・・プロセスコンピューター　　２・・・３軸制御
用ＣＮＣ制御器　　３．４・・・サーボ空圧式Ｘ軸駆動
モジュール　　５・・・サーボ空圧式Ｙ軸駆動モジュー
ル　　６・・・サーボ空圧式Ｚ軸駆動モジュール７・・
・レーザ光学式非接触測定プローブ　　８・・・被測定
物　　１１・・・信号インタフェース部　　２１・・・
Ｘ軸用ＣＮＣ位置制御器　　２２・・・Ｙ軸用ＣＮＣ位
置制御器　　２３・・・Ｚ軸用ＣＮＣ位置制御器　　２
４〜６ ２６・・・電気空圧式サーボバルブ　　２７〜２９・・
・サーボ空圧式シリンダー　　３０・・・Ｘ軸用直線測
定器３ト・・Ｙ軸用直線測定器　　３２・・・Ｚ軸用直
線測定器３３・・・測定信号処理器　　７１・・・レー
ザ光源　　７２・・・規準レンズ　　７３・・・集光レ
ンズ　　７４・・・画像感知器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ＣＮＣ制御直線駆動軸を用いて構成したサーボ空
    圧式Ｘ、Ｙ、Ｚ軸駆動モジュール（３、４）、（５）、
    （６）と、該Ｘ、Ｙ、Ｚ軸駆動モジュール（３、４）、
    （５）、（６）の駆動を制御する３軸制御用ＣＮＣ制御
    器（２）と、該３軸制御用ＣＮＣ制御器（２）と互いに
    データを送受信するプロセスコンピューター（１）と、
    前記Ｚ軸駆動モジュール（６）の下方部位に付着され被
    測定物（８）の表面間の距離を測定するレーザ光学式非
    接触測定プローブ（７）とにより構成されてなることを
    特徴とする三次元直交座標型高速精密測定機。
  2. （２）前記３軸制御用ＣＮＣ制御器（２）は、プロセス
    コンピューター（１）から信号インターフェース部（１
    １）を通って直交座標数値プログラムに伴うＸ、Ｙ、Ｚ
    軸ＣＮＣ制御信号の入力を受けてＸ、Ｙ、Ｚ軸ＣＮＣ位
    置制御を行いＸ、Ｙ、Ｚ軸の直線測定値の入力を受けて
    前記信号インタフェース部（１）を通して前記プロセス
    コンピューター（１）に印加する各Ｘ、Ｙ、Ｚ軸用ＣＮ
    Ｃ位置制御器（２１）、（２２）、（２３）と、該Ｘ、
    Ｙ、Ｚ軸用ＣＮＣ位置制御器（２１）、（２２）、（２
    ３）の制御を受けて駆動する各電気空圧式サーボバルブ
    （２４）、（２５）、（２６）と、該電気空圧式サーボ
    バルブ（２４）、（２５）、（２６）の駆動に従いＸ、
    Ｙ、Ｚ軸を直線状に移動させるサーボ空圧式シリンダー
    （２７）、（２８）、（２９）と、該サーボ空圧式シリ
    ンダー（２７）、（２８）、（２９）の移動に従うＸ、
    Ｙ、Ｚ軸の直線値を測定して前記Ｘ、Ｙ、Ｚ軸用ＣＮＣ
    位置制御器（２１）、（２２）、（２３）に夫々印加す
    るＸ、Ｙ、Ｚ軸用直線測定器（３０）、（３１）、（３
    ２）と、前記レーザ光学式非接触測定プローブで測定さ
    れた信号を処理した後前記信号インタフェース部（１１
    ）を通して前記プロセスコンピューター（１）に印加す
    る測定信号処理器（３３）とにより構成されてなること
    を特徴とする請求項１記載の三次元直交座標型高速精密
    測定機。
  3. （３）前記レーザ光学式非接触測定プローブ（７）は、
    レーザ光を発生するレーザ光源（７１）と、該レーザ光
    源（７１）のレーザ光を前記被測定物（８）に投射させ
    る規準レンズ（７２）と、前記被測定物（８）で反射さ
    れたレーザ光を集束させる集光レンズ（７３）と、該集
    光レンズ（７３）で集束されたレーザ光により像を結ぶ
    ことで被測定物（８）の相対的な位置を検出するための
    測定信号を前記測定信号処理器（３３）に印加する画像
    感知器（７４）とにより構成されてなる請求項２記載の
    三次元直交座標型高速精密測定機。
JP2263973A 1989-10-24 1990-10-03 三次元直交座標型高速精密測定機 Pending JPH03140814A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019890015311A KR920003740B1 (ko) 1989-10-24 1989-10-24 3차원 직교좌표형 고속정밀측정기
KR15311/1989 1989-10-24

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ID=19290980

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2263973A Pending JPH03140814A (ja) 1989-10-24 1990-10-03 三次元直交座標型高速精密測定機

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KR (1) KR920003740B1 (ja)
DE (1) DE4027921A1 (ja)

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