JPH0321814A - 形状計測方法 - 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） この発明は、比較的広い｛１１１面や比較的長い断面輪
郭線等の形状を計測する場合に用いて好適な形状計測方
法に関するものである。

（従来の技術） 上述の如き場合としては例えば、車体パネル戊形用の比
較的大きな金型を作成した際、その金型の成形面の形状
精度の確認のために、三次元測定機により前記戒形面の
形状を計測する場合があり、かかる場合に従来は、プロ
ーブと対象物との接触時に信号を出力するタッチセンサ
を、三次元測定機の三次元方向へ移動可能な腕の先端部
に取付け、そのセンサを、対象物たる金型威形面に対す
るセンサの不要な干渉を避けるためにその戒形面の−１
二方に設定した所定回避経路上で所定ピッチづつ移動さ
せては、そこから、成形面にセンサのプローブが接触す
るまで下降させ、そのプローブ接触時のセンサひいては
プローブ中心の座標を記録したら再び上記回避経路まで
上昇させるという手順を繰返し、その回避経路上でセン
サを所要の計測範囲につき移動させた後、上記記録した
プローブ中心の座標を連ねた点群から、プローブ中心と
接触点との位置誤差の補正等の処理により、上記成形面
の萌面や断面輪郭線の形状を求めるという方法がとられ
ていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来の方法にあっては、センサを対
象物に接触させる度毎にセンサを回避経路から対象物に
対し昇降させる必要があり、特にその降下時には計測精
度を確保するとともにセンサの破損を防止する必要上ゆ
っくりと移動させる必要があることから、上述の如き比
較的大きな金型の計測では、詳細度を充分なものとしよ
うとすると極めて長時間を要してしまうという問題があ
った。

そして、この問題の解決のため、近来替及して来た接触
式のリニアセンサやレーザー弐の測距センサ等の、所定
計測方向における物体に対する距離の変化を実質上連続
的に計測可能なセンサを、上記タッチセンサに代えて用
いることが考えられるが、かかるセンサは通常、計測可
能な距離の範囲が狭いことから、センサを金型の如き起
伏の大きな対象物に対して、その計測可能な距離範囲内
に維持して移動させるのが困難であるという問題があっ
た。

この発明は、上述の如き課題を有利に解決した計測方法
を提供するものである。

（課題を解決するための手段） この発明の形状計測方法は、所定計測方向における物体
に対する距離の変化を実質上連続的に計測可能なセンサ
を用いて、対象物の形状を計測するに際し、先ず、前記
対象物の想定形状を表す形状データを作成し、次いで、
前記形状データに基づく前記想定形状の表面と、前記セ
ンサとの間の、前記計測方向における距離を、そのセン
サの計測可能範囲に応じた所定範囲内に維持しつつ、前
記センサを前記想定形状の表面に概略倣って移動させな
がら、その移動の間に前記センサにより、前記対象物に
対する距離を計測することを特徴とするものである。

（作　用） かかる方法にあっては、例えばコンピュータ支援設計（
ＣＡＤ）等によって対象物の形状を設計する際に、前記
対象物の設計形状を表すデータを、その対象物の想定形
状を表すデータとして作成し、そのデータに基づき例え
ば三次元測定機に計測手順を教示することにより、リニ
アセンサや測距センサ等の実質上連続的に距離計測が可
能なセンサを、対象物の想定形状表面からそのセンサの
計測可能範囲に応じた所定範囲内の距離に維持しつつ移
動させ、その移動の間の、センサにより計測した距離と
センサの位置とから対象物の形状を計測する。

従って、この方法によれば、実質上連続計測が可能なセ
ンサを実際の対象物に対しその起伏の大きさにかかわら
ず計測可能距離範囲から外れさせることなく移動させて
連続的計測を行うことができるので、比較的広い曲面や
比較的長い断面輪郭線の形状計測の際にも、短時間で詳
細度が充分高い計測を行うことができる。

（実施例） 以下に、この発明の実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。

第１図は、この発明の形状計測方法の一実施例を適用し
た、車体パネル或形用金〜型の計測システムを機能ブロ
ックで示す構成図であり、図中ｌは、コンピュータ支援
設計（ＣＡＤ）の他、コンピュータ支援加工（ＣＡＭ）
のためにも用いられる、比較的大きな演算処理能力およ
び記憶容量を持つホストコンピュータ、２は、形状計測
装置の制御および計測データの処理のために用いられる
、ホストコンピュータ１よりは小さな演算処理能力およ
び記１，０容量を持つ旦ニコンピュータ、３は、車体パ
ネル成形用金型の形状計測のために用いられる、形状計
測装置としての三次元測定機をそれぞれ示す。

ここにおけるホストコンピュータ１は、ダイフェースＣ
ＡＤ部４、自由曲面ＣＡＤ部５、規定ｌＩＩＪ面ＣＡＤ
部６および型構造ＣＡＤ部７の四つのＣＡＤ部と、基準
データ作或部８と、外部通信部９とを具えるとともに、
データベースファイル１０、成形面形状データファイル
１ｌ、トリム、フランジ形状データファイル１２、構造
部形状データファイル１３、基準データファイル１４お
よび計測データファイル１５の六つの記憶ファイルとを
具えてなり、また、ここにおけるミニコンピュータ２は
、外部通信部ｌ６と、誤差量算出部１７と、計測用ＮＣ
データ作成部１８と、機器制御部１９と、計測データ補
正部２０とを具えるとともに、基準データファイル２１
および計測データファイル２２の二つの記憶ファイルを
具え、さらに、各々キーボードおよび画像表示器を持つ
二つの人出力端末装置２３．　２４と、人力信号に基づ
き線図を描＜　ｘ−ｙプロッタ２５と、人力信号に挙づ
き印字出力するプリンタ２６とを接続されてなる。

尚、上記ホストコンピュータ１およびξニコンピュータ
２の各部の機能は後述の計測手順を教示する際の説明に
おいて述べる。

そして、ここにおける三次元測定機３は、直角座標型ロ
ボットと同様の構戒でその動作精度を高められたもので
ある測定機本体２７と、センサ移動制御装置２８と、現
在位置演算装置２９と、操作盤３０と、位置表示装置３
ｌとを具えるとともに、各々測定機本体２７の移動する
腕の手首部の下端に選択的に取付けられて計測対象物に
対し移動される、通常のタッチセンサ３２と、センサ本
体に対し伸縮可能なプローブを有してそのプローブが対
象物に接触した後そのプローブの伸縮量から対象物に対
する距離を連続的に計測するリニアセンサ（例えば、Ｓ
ＯＮＹ社製の機械計測用デジタルゲージ）３３とを具え
、さらに、センサ位置を手動操作による信号人力で移動
させるための、手動パルス発生器３４と、ジョイスティ
ックペンダント３５と、それら手動パルス発生器３４お
よびジョイステイ・７クペンダント３５とセンサ移動制
御装置２８とを接続するインタフェース（Ｉ／Ｆ）３６
とを具えてなる。

第２図は上記三次元測定機３の計測制御系を示す構或図
であり、ここにおけるセンサ移動装置２８は、通常のマ
イクロコンピュータを具え、測定機本体２７に各々設け
られて上記腕のＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸方向の現在位置を
出力するＸ軸リニアエンコーダ３７、Ｙ軸リニアエンコ
ーダ３８およびＺ軸リニアエンコーダ３９と、上記腕の
手首部にセンサを装着するためのコネクタに結合されて
センサの現在方向を出力するθ軸ロータリエンコーダ４
０とからの信号によって、上記腕および上記コネクタの
現在位置ひいてはセンサの現在位置を直接的に検出し、
その現在位置を用いたフィードバック制御るこより、測
定機本体２７のＸ軸方向駆動用ボールねじ軸４１、Ｙ軸
方向駆動用ボールねし軸４２、Ｚ軸方向駆動用ボールね
じ軸４３および手首部駆動軸に各々結合されたＸ軸モー
タ４４、Ｙ軸モータ４５、Ｚ軸モータ４６およびθ軸モ
ータ４７を作動させて、センサ３２もしくは３３を、旦
ニコンピュータ２から与えられた自動計測用ＮＣプログ
ラムに基づき、対象物の形状に応じた径路で移動させ、
タッチセンサ３２を用いる場合は、前記移動の間に、そ
のセンサのプローブが対象物に接触したことおよびその
接触方向を示すセンサ３２からの信号を取込んでその接
触点の測定機座標系上での座標をセンサの位置から膚算
しミニコンピュータ２へ出力するという処理を繰返し実
行し、リニアセンサ３３を用いる場合は前記移動のみを
行わせる。

尚、センサ移動制御装置２８は、操作盤３０からの運転
モード切替え信号により、上述した自動運転モードの他
、手動パルス発生器３４やジョイスティックペンダント
３５を作業者が操作することによるそれらからの移動指
令信号に基づいてセンサを移動させる手動運転モードも
行うことができ、さらに、操作１３０からの非常停止信
号によってセンサの移動を非常停止し、また操作盤３０
からのサイクルスタート信号によって上述の如き自動計
測を繰返し実行することができる。

そして、タッチセンサ３２およびリニアセンサ３３は、
ミニコンピュータ２によるフィードバック制御により、
ブローブの図中矢印αおよびＴで示す如き揺動と図中矢
印βおよびδで示す如き回動とを任意の角度で行い、そ
れ自身でもプローブを所要の向きへ向けることができる
。

この一方、現在位置演算装置２９は、これも通常のマイ
クロコンピュータを具え、三つのリニアエンコーダ３７
〜３９とロークリエンコーダ４０とからの信号を入力し
てそれらの信号からセンサの現在位置をセンサ移動制御
装置２８とは別に実質上連続的にかつ、極めて短時間で
求め、その位置を、ミニコンピュータ２を介し位置表示
装置３１へ出力してそこに刻々と表示させる。

また現在位置演算装置２９は、リニアセンサ３３からの
信号も入力し、その信号からそのセンサのプローブの現
在位置を算出してミニコンピュータ２へ出力する。

かかる計測システムのホストコンピュータｌは、先に述
べたようにＣＡＤ，　ＣＡＭの機能を有しており、この
実施例での計測は、そのホストコンピュータ１のＣＡＤ
，　ＣＡＭ機能を用いて以下の如く設計製造した金型を
対象としている。

すなわち、ここにおける金型は、図示しない他のＣＡＤ
装置を用いた車体設計の際に作成した、車体パネルの形
状を数式の形で示すＣＡＤデータをホストコンピュータ
ｌに人力し、その車体パ不ルのＣＡＤデータから、パネ
ルのスプリングバックや伸び等の戒形性に関するデータ
ベースファイル１０内のデータに基づきダイスフェース
ＣＡＤ部４により金型のポンチ等の戒形面形状を設計し
、その威形而形４犬を数弐で示すＣＡＩ）データを自由
曲面ＣＡＤ部７へ転送して戒形而形状データファイル１
３内に記憶させ、その後自由曲面ＣＡＤ部７により、上
記データファイル１３から取出した、成形面形状を数式
で表す上記ＣＡＤデータから、数値制御（ＮＧ）工作機
械やここにおける三次元測定機３に工具やセンサの移動
径路を教示するのに適した、戒形面形状を点群で表す数
値モデルを作成し、これとともに、グイフェースＣＡＤ
部４により車体パネルの輪郭形状から作成したトリム、
フランジライン形状データを規定曲面ＣＡＤ部６へ転送
してトリム、フランジライン形状データファイル１２内
に記憶させ、その後規定曲面ＣＡＤ部６により、上記デ
ータファ・イル１２から取出した１−リム、フランジラ
イン形状に、比較的単純な円筒面等の規定曲面や平面等
を対応させて、ポンチ等の周囲の、トリム加工やフラン
ジ戒形に用いる垂直壁面や傾斜壁面等のプロファイル面
の形状を点群で表す数値モデルを作成し、さらに、型構
造Ｃ　Ａ　Ｄ部５により、カム面や位置決め孔等の構造
部形状に関する構造部形状データフ７イルｌ１内のデー
タに基づき、金型のカム面や位置決め孔等の配置を設計
して、それらの面の配置を点群で示す数値モデルを作成
し、上記自由萌而ＣＡＤ部７および規定曲面ＣＡＤ部６
にて作成した数値モデルからＮＣ工作機械の工具移動径
路を作成して工作機械に教示することにより金型のポン
チ、ダイ、パッド等の部品を切削および仕一Ｌげ加工し
た後、型構造ＣＡＤ部５にて設計した型構造に基づきそ
れらの部品を組立てたものである。

尚、上記数値モデルは、例えば戊形而のものでは、第３
図に示す如き、成形図を覆う所定基準平面（通常は金型
座標系でのｘ，ｙ軸を含む平面と平行な平面）上に格子
状に配置した基準線を上記基準平面と直角な方向へ上記
ＣＡＤデータにおける戒形面上に投影した場合の、その
戒形面上での基準線の各交点（格子点）の点群でその成
形面の三次元形状を表し、それらの格子点の、上記金型
座標系におけるｘ，　　ｙ，　　ｚ軸座標値のデータか
らなる．ただし、基準平面の向きや傾きは形状を表すべ
き面の向きや傾きに応して適宜選択でき、例えばプロフ
ァイル面や型構造に関する数値データについても、形状
を表すべき面に沿った向きや傾きの基準平面を用いて作
成することができる。

しかしてここでは、上記金型の各部形状の計測手順を、
以下に述べるようにして三次元測定機番ご教示する。

すなわち、ここでは先ず、基準データ作成部８に、上記
数値モデルから、戒形面、プロファイル面および、カム
面や位置決め孔等の型構造而の計測手順の教示基準とな
る基準データを作成させる。

ここにおける基準データは、好ましくは数値モデルの作
成に用いたと同一の１平面上に、例えば戒形面の計測に
ついては第４図に示すように、数値モデルの基準線より
は間隔が粗い格子状に断面線を配置し、それらの断面線
を通って上記基準平面と直交する平面で上記数値モデル
の三次元形状を切った場合の断面形状を点列によって詳
細に表すものとする。

ここで、上記断面線は、数値モデルの基準線と重なって
いればその格子点から点列のデータが直接求まるので、
好ましくは基準線と重なるように配置するが、基準線と
必ずしも重ねる必要はなく、重ならない場合は格子点間
を直線や曲線補間する演算によって点列のデータを求め
る。そして、基準データの点列を構成する各点のデータ
は、例えば第５図に断面を正面方向から見た点列Ａｎ（
ｎ・１，２・・・）で示す如く、金型座標系におけるｘ
，ｙ，２軸座標値の他、後述するセンサの向きおよびア
プローチ方向の制御のため、その点での数値モデルが表
す面の法線ベクトルｖ，，を含むものとする。

尚、上記基準データの作戒は、ミニコンピュータ２の一
方の端末装置２４の画像表示器にホストコンピュータｌ
から外部通信部９．１６を介して人力した数値データに
基づく金型各部形状を表示させてその形状を観察しなが
らキーボードを用いて入力した作成指示をξニコンピュ
ータ２からホストコンピュータｌへ伝達することによっ
て行わせ、その件戒指示には、格子状の断面線の方向（
通常はＸ軸およびｙ軸と平行とする）の選択と、格子状
の断面線の間隔ピッチおよび点列をなす点間の間隔ピッ
チの指定とを含める。ここにおける線問および点間のピ
ッチは、等間隔でも良いが所要に応して部分的につめた
り広げたりしても良い。

しかして、上記成形面やプロファイル面の数値データは
、工作機械の工具の移動径路をも与えるものであるため
本来の戒形而やプロファイル面の周囲に縁の部分が加え
られているが、上記基準データの作戒の際しては、トリ
ム、フランジライン形状データ等を参照し、計測対象物
が実際には無くなっている部分は取り除いて作成する。

かかる、ホストコンピュータ１の基準データ作成部８が
作成した基準データを、ここでは一旦基準データファイ
ル１４内に記憶させた後、外部通信部９．１６を介しホ
ストコンピュータ１からミニコンピュータ２へ転送し、
そのミニコンピュータ２の基準データファイル２ｌ内へ
記憶させる。このように基準データを全てミニコンピュ
ータ２内に持たせることにより、後述する計測指令や計
測データと基準データとの比較を極めて短時間で行わせ
ることができる。

その後ここでは、上記基準データの格子状の断面線を第
６図に示すようにξニコンピュータ２の上記端末装置２
４の画像表示器に表示させ（上述した、計測対象物がな
くなっている部分は、図示の如き破線や色彩の異なる線
で表示させ）、タッチセンサ３２を用いて計測を行う場
合は、その表示された断面線のうちの実際に計測が必要
な範囲を図中鎖線で示す如く指定するとともに、計測す
べき点を、第７図（ａ）に示す如き等ピッチとするかも
しくは第７図（ｂ）に示す如きトレランス間引き方法に
より間引くかの選択を指定し、さらに、後述する基本ア
プローチＦＪｋ　Ａｐ。および追加アプローチ量Ａ．を
、キーボードやマウス等の入力手段により指定する。

ここにおけるトレランス間引き方法とは、点列を構成す
る例えばＸ軸もしくはｙ軸方向に等ピッチの多数の点の
うちのある比較スタート点とそこから何点か離れた対象
点とを結ぶ線分とそれらの点間の検討点との距離すなわ
ちそれら比較スタート点と対象点との間の断面の起伏の
大きさが所定トレランス値未満の場合は極めてなだらか
であるためそれら検討点を間引き、所定トレランス値以
上の大きな起伏の場合は詳細にその変化をとらえるため
にそれら検討点を計測点とするというものであり、具体
的には第８図に示す如き手順で計測点を決定する。

図中ステップ１０１では、一つの断面線に沿う基準デー
タの点列上の最初の点および最後の点を計測点とし、続
くステップ１０２では、その最初の点を最初の比較スタ
ート点とする。尚、比較スタート点は、後述する検討点
間引き手順を一回行う度毎にその手順の最後で定める新
たな比較スタート点へ移行する。

次のステップ１０３では、比較スタート点から上記点列
上で二つ先の点を対象点とし、続くステップ１０４では
、比較スタート点と対象点との間の上記点列上の点を検
討点とする。尚、検討点は、対象点がステップ１０３で
定めた位置の場合は一っであるが対象点が後述の如く先
へ移るにつれて増加する。

次のステップ１０５では、比較スタート点と対象点とを
線分で結び、続くステップ１０６では、その線分と上記
各検討点との間の距離を求めて、その距離が全て所定ト
レランス値ｔ以上でなければ、ここにおける比較スター
ト点と対象点との間の線分からの検討点の起伏が計測を
必要とする程大きくないと判断してステップ１０７へ進
む。

ステップ１０７では、上記対象点が上記点列の最後の点
まで到達したか否かを判断し、到達していればこの手順
を終了するが到達していなければステップ１０８へ進む
。

そしてステップ１０８では、上記点列上の、上記対象点
の一つ先の点を新たな対象点とし、すなわち対象点を一
つ先へ進め、次のステップ１０９では、この先へ進めた
対象点と上記比較スタート点との間の距離が保障間隔Ｌ
を越えるか否かを判断して、越えていなければステップ
１０４へ戻る。

従って、上記ステップ１０３〜１０９は、比較スタート
点と対象点との間の上記点列上の全ての点である検討点
のいずれか一つについて、その検討点と上記線分との間
の距離すなわち起伏の大きさが上記トレランス値を越え
るまで、または、比較スタート点に対し対象点が上記保
障間隔Ｌを越えて離れてしまうまで、対象点が最後の点
に到達した場合を除いて、対象点を順次先へ送りながら
繰返し行われる。

そして、上記ステップ１０６で、いずれか一つの検討点
と上記線分との距離が上記トレランス値Ｌ以上となる場
合、または上記ステップ１０９で、比較スタート点と対
象点との間の距離（ここでは二点間の直線的な距離を用
いるが、断面線と平行な方向の距離でも良い）が上記保
障間隔Ｌ以上となる場合には、ステップ１１０へ進んで
そのときの対象点の一つ手前の検討点すなわち、比較ス
ターｌ・点から、保障間隔Ｌ以上離れず、かつ起伏が上
記トレランス値を越えない範囲で、最大限離れた点を計
測点とする。

すなわち例えば第９図に示すように、最初の点Ａ１から
最後の点Ａ７までのｍ個の点からなる点列上の点Ａ７を
比較スタート点、点Ａ，。４を対象点とした場合に、点
Ａ．と点Ａｆｉ。４との間の線分Ｗと、点Ａ。１，点Ａ
，，。２および点Ａ，，。，との間の距離４２　＋　，
　Ａ　２およびｌ３のいずれかが上記トレランス値ｔ以
上であるか、線分Ｗの長さがーヒ記保障間隔Ｌ以上であ
れば、点Ａ　，．３を計測点とする。

次のステップ１１１では、上記対象点が上記点列の最後
の点まで到達したか否かを判断し、到達していればこの
手順を終了するが到達していなければステップ１１２へ
進む。

そしてステップ１１２では、上記対象点の一つ手前の検
討点すなわちステップ１１０で計測点とした点を新たな
比較スタート点とした後ステップ１０３へ戻る。

従って、上記ステップ１０３〜１１２は検討点間引き手
順に相当し、かかるステップ１０３〜１１２の手順は、
対象点が上記点列上の最後の点に到達するまで繰返し行
われる。

上述したトレランス間引き方法を実行することにより、
ここでは、保障間隔Ｌを最大限としてその起伏の大きさ
に応して基準データを間引き、計測点とすることができ
るので、形状の評価に必要とされる計測データの詳細度
を確保しつつ、計測時間を大幅に短縮することができる
。

上述の如くして計測範囲、断面線の種類、計測点のピン
チ、アプローチ量等の指定を入力した後は、ミニコンピ
ュータ２の計測用ＮＣデータ作成部１８に、前記指定内
容に応して基準データファイル２１から取出した基準デ
ータに基づきセンサの移動径路および計測処理内容を具
体的に教示するための自動計測用ＮＣデータを作成させ
る。尚、その作成に先立ち、確認のため指定内容をプリ
ンタ２６に印字させることもできる。

第１０図は金型の成形面計測のためのセンサの具体的移
動径路を例示するものであり、図中５０は実際の戒形面
、３２はタッチセンサを示す。

すなわちここでは、金型とセンサとの干渉が生しない任
意の高さに設定した水平面（回避経路用平面）であるク
リアブレーンＰ上で、センサ３２ひいてはそのプロープ
をそのクリアブレーンＰから向かう最初の計測点Ａ１か
らその法線ヘクトル方向へ基本アプローチｆＪ　Ａ　ｐ
ｏと追加アプローチ星Ａ．とを加えた距離だけ離れたア
プローチ点Ｂの上方の位置へ図中破線で示すように早送
り速度で移動させ、次いで、そのクリアプレーンＰ上か
らセンサ３２のプローブを図中実線で示すように高速切
削送り速度で上記アプローチ点Ｂ１へ降下ざせ、次いで
センサ３２のプローブを、計測点Ａ，を通るよう、その
法線に沿って通常切削速度（低速）で成形面へ接近させ
、その移動の途中で、プローブが戒形而５０に接触した
ことを示す信号をセンサ３２が出力したら、その接触時
のプローブの中心位置をセンサの位置および向きから求
めるとともに接触方向をセンサの出力信号から求め、こ
れらからその計測点Ａ１に対応する実際の成形面５０の
位置を求める。

そして、プローブの接触後は上記戊形面５０の位置を求
める演算と並行して、センサ３２を高速切削送り速度で
上記と逆方向へ移動させ、プローブが計測点Ａ，から基
本アプローチ量Ａ３。の距離まで戻ったら、次にプロー
ブを、次の計測点Ａ２からその法線ヘクトル方向へ基本
アプローチＮＡｐ．の距離だけ離れたアプローチ点Ｂ１
へ移動させ、その後計測点Ａ　２　，　Ａ　３　，　Ａ
　４に対応する成形面５０の位置を計測点Ａ＋における
と同様にして計測する。

しかる後、計測点Ａ４とＡ５とは断面線が異なることか
ら一旦センサ３２をクリアプレーンＰ上へ上昇させ、そ
の後計測点Ａ，，Ａ６についても上述したと同様にして
計測する。

尚、実際の成形面に孔があったり成形面の水平方向輪郭
が小さめであったりして、計測点を過ぎてもプローブが
成形面５０に接触しない場合には、第１１図に示すよう
に、計測点Ａから所定距離Ｔだけさらに進み、それでも
接触しなかった場合はその旨を表示および記録するとと
もに次の計測点についての計測へ移行するものとする。

タッチセンサ３２を用いる場合は、かかる移動径路およ
び計測処理内容を指示する自動計測用ＮＣデータを作成
させ、そのＮＧデータを、機器制御部１つを介し三次元
測定機３のセンサ移動制御装置２８に人力すなわち教示
する。

この一方、リニアセンサ３３を用いて計測を行う場合に
は、基準データ上の計測点列からなる面とセンサのプロ
ーブとの距離をリニアセンサ３３の計測可能範囲内に維
持しなからセンサを断面線に沿って連続的に移動させる
ような自動計測用ＮＣデータを作成させ、それを三次元
測定機３に教示する。

すなわちここでは、上記基準データの格子状の断面線を
ミニコンピュータ２の上記端末装置２４の画像表７′器
に表示させ、その断面線を参照して、第６図に示す如き
計測開始点Ｓおよび計測終了点Ｅの指定と、基本アプロ
ーチ量Ａ　Ｐ　Ｏおよびセンサ移動速度の指定とを入力
する。尚、この指定の際には、上記計測開始点Ｓと計測
終了点Ｅとを結ぶ線分である走査線を所要に応じ、第６
図中仮想線で示す如くシフトし得るようにして、その走
査のシフト方向、ピッチｐおよび本数をさらに指定する
こととしても良い。

そして、上記走査線の指定の人力後は、ミニコンピュー
タ２の計測用ＮＣデータ作戊部１８に、先ず、第１２図
に示すように、基準データファイル２１から取出した基
準データにより表される三次元形状上に上記走査線を投
影した線である、断面形状の輪郭線Ｆを求めさせる。こ
こにおける輪郭線Ｆは点列で表すものでも数式で表すも
のでも良く、また、輪郭線のうちで断面線と重ならない
部分については基準データを補間する演算により補充さ
せる。

次いでここでは計測用ＮＣデータ作戒部１８に、上記輪
郭線Ｆに基づき、以下に述べる如き、センサの移動経路
を具体的に指示する自動計測用ＮＣデータを作成させる すなわち例えば第１３図に示す如く、リニアセンサ３３
の、プローブ３３ａを伸縮可能に支持しかつスプリング
により伸び方向へ常時付勢する本体３３ｂの中心軸線上
に座標制御点３３ｃを設定するとともに、プロープ３３
ａが伸びきったときの先端からその座標制御点３３ｃま
での長さをａ、プローブ３３ａの縮み量をｂ、プローブ
３３ａが全ス１−ロークの半分縮んだときの先端から座
標制御点３３ｃまでの長さをＣとし、例えば第１４図に
示すように、上記座標制御点３３ｃを先ず、先に述べた
と同様のクリアプレーンＰ上で、計測開始点Ｓに対応す
る輪郭線Ｆの始点Ｓ１からセンサ３３のそのときの軸線
方向へ、上記長さＣに基本アプローチ量Ａ　Ｐ　ｏを加
えた距離だけ離れた開始アプローチ点Ｂ，の上方の位置
へ早送り速度で移動させた後、その位置から上記開始ア
プローチ点Ｂ，へ早送り速度で降下させ、次いで、その
開始アプローチ点Ｂ，から、基本アプローチ量ＡＰ．た
け上記始点Ｓ，へ近づいた走査開始点Ｓ。へ、切削送り
速度（低速）で移動させる。ここで、基本アプローチ量
Ａ　Ｐ　Ｏは、プロープ３３ａの全ストロークの半分の
縮み量に安全をみた余裕分（例えば実際の計測対象物と
基準データとの予想される誤差に安全率を乗じた分）を
加えた量とする。これにより、座標制御点３３ｃが開始
アプローチ点Ｂ，に位置するときはプローブ３３ａは未
だ対象物５０に接触せず、座標制御点３３ｃが走査開始
点Ｓ０に位置するときはブローブ３３ａはその全ストス
ークの半分近く縮むことになる。

しかる後、座標制御点３３ｃを、上記走査開始点Ｓｏか
ら、計測終了点Ｅに対応する輪郭線Ｆの終点Ｅ１からセ
ンサ３３のそのときの軸線方向へ上記長さＣだけ離れた
走査終了点Ｅ０まで、上記輪郭線Ｆに倣って先に指定し
たセンサ移動速度で移動させ、その後は、座標制御点３
３ｃを、上記走査終了点Ｅｏから、その点からセンサの
軸線方向へ基本アプローチ量ＡＰ．だけ離れた終了アプ
ローチ点Ｂ，へ、切削送り速度で移動させた後、その位
置から上方のクリアプレーンＰ上へ早送り速度で上昇さ
せる。

尚、リニアセンサ３３を用いる計測では、プローブ３３
ａの先端は極めて小さな半球状であることから、計測精
度がそれ程高く要求されない場合はセンサを垂直に維持
したまま移動させるが、高い計測精度が要求される場合
はジョイスティックペンダント３４を用いた手動操作や
、基準データ中の法綿ヘクトルによって、センサを実際
の計測面や基準データ上の面に直角となるように姿勢制
御しながら移動させ、これによってプローブの先端付近
を計測面に接触させるものとしても良く、もしくは、セ
ンサを垂直状態としたまま後述の如くして計測したデー
タを、基準データ中の法線ヘクトルを用いて補正しても
良い。

上述した例は戒形面の形測のものであるが、ここではさ
らに、プロファイル面および型構造に関する面について
も同様にして基準データから自動計測用ＮＣデータを作
成し、それを三次元測定機に教示する。従ってこの計測
システムによれば、金型の形状精度のみならず組立て精
度についての評価も可能となる。

しかして、上記自動計測用ＮＣデータの教示の後は、他
の基準データおよびＮＣデータの作成を計測と並行して
行い得るよう設置したもう一つの入出力端末装置２３か
ら計測開始指令を入力し、三次元測定機３に、入力した
自動計測用ＮＣデータに基づく金型計測を行わせる。

そして、タッチセンサ３２を用いた計測の場合は、三次
元測定機３のセンサ移動装置２８が計測動作中次々に出
力する、計測点に対応する実際の計測面の位置を機器制
御部１９によりミニコンピュータ２内に人力し、その計
測した位置データに、三次元測定機本体２７の組立て誤
差や周囲温度の変化による変形量分の補正および、測定
機座標系から金型座標系への座標変換を計測データ補正
部２０により施し、これによって得た各点の計測データ
を逐次、計測データファイル２２に記憶させるとともに
、その計測データに対応する計測点の基準データと一緒
に誤差量算出部ｌ７に人力して、そこで基準データ上の
計測点に対する計測データの、その基準データの法線方
向での位置誤差量を演算させ、その位置誤差量を色相差
に変換させた後、第１５図に示すように上記人出力端末
装置２３の画像表示器の、その計測点に対応する位置に
、その位置誤差量に応じた色相の点として逐次表示させ
、あわせてその画像表示器に、誤差量を示す数値をも表
示させる。

かかる計測動作および計測中の誤差量表示が終了した後
ここでは、第１６図（ａ）に示すように、上記法線方向
位置誤差量を基準データの断面線に沿って表示する図と
、同図（ｂ）に示すように、その断面線に沿う基準デー
タに基づく断面形状Ｅ（図中実線で示す）と計測データ
に基づく断面形状Ｆ（図中一点鎖線で示す）とを重ね合
わせて表示する図とを、Ｘ−Ｙプロッタ２５に作図させ
る。

この一方、リニアセンサ３３を用いた計測の場合は、セ
ンサ移動装置２８が上記ＮＣデータに基づきセンサを輪
郭線Ｆに倣って走査開始点Ｓ０から走査終了点Ｅ。まで
移動させる間、一定時間間隔（例えば２　ｍｓｅｃ．〜
２　ｓｅｃ．の間の所定時間間隔）でセンサ３３から前
記縮み量ｂを示す信号を現在位置演算装置２９に取り込
ませ、それらの縮み量ｂと、そのときの座標制御点３３
ｃの座標値（ＴＸ，Ｔｙ，Ｔ．）と、前記プローブが伸
びきったときの長さＣと、センサ３３のプロープ３３ａ
の向きを示す単位ベクトルＮ（ｉ，　ｊ，　ｋ）とから
、現在位置演算装置２９に、次式により、プローブ３３
ａの先端の座標値すなわち実際の計測面の位置（ＵＸ，
Ｕ，，Ｕ．）を逐次求めさせる。

ＵＸ一ＴＸ＋　（ａ−ｂ）　・　ｉ Ｕ，−Ｔ，＋（　ａ　−　ｂ　）　　・ｊＵ．＝Ｔ．＋
　　（ａ−ｂ）　　・ｋ そして、かかる現在位置演算装置２９が逐次求めて出力
する実際の計測面の位置を、ここでは機器制御部１９に
よりξニコンピュータ２内に人力し、その計測した位置
データに、計測データ補正部２０により、基準データの
点列を計測データに置換え、計測点とする点の−み残す
こととして、先に述べたトレランス間引き方法にて間引
き処理を施し、これによって必要な詳細度を低下させる
ことなく大幅に減少させた計測データにさらに、前記タ
ッチセンサの場合と同様三次元測定機２７の組立て誤差
や周囲温度の変化に関する補正および測定機座標系から
金型座標系への座標変換を施し、しかる後、それらの計
測データを逐次、計測データファイル２２に記憶させる
。

しかして上記リニアセンサ３３による計測の終了後は、
タッチセンサ３２の場合のような基準データとの比較に
よる誤差量演算を行う代わりに、断面形状の評価が容易
となるように計測データから実際の曲率半径を演算し、
第ｌ７図（ａ）に示す如き、計測データに基づく断面形
状Ｄとともに、第１７図（ｂ）に示す如き、計測した断
面線に沿うその曲率半径ｒの変化状態を表すグラフＲも
作図させる。

上記計測結果の表示の他、ここではさらに、計測データ
をミニコンピュータ２からホストコンピュータ１へ転送
して計測データファイル１５に一旦記憶させ、ホストコ
ンピュータ１に、その計測データに基づく実際の金型の
形状により、グイフェースＣＡＤ部４で用いるデータヘ
ースファイル１０内の金型設計データを補正する学習を
行わせる。

上述の如くしてここにおける計測システムによれば、金
型の計測に際しその断面形状を詳細に計測してその計測
結果を表示させ得るので、金型の特徴的凹凸形状を適切
に評価することができ、しかもリニアセンサ３３を用い
る上記例の計測方法によれば、基準データの起伏に沿っ
てセンサを移動させるので、実際の対象物に対しその起
伏の大きさにかかわらず計測可能範囲から外れさせるこ
となくセンサを移動させて連続的計測を行い得て、上記
車体パネル戒形面の如き比較的広い曲面や比較的長い断
面輪郭線の形状計測も、短時間で詳細度が充分高いもの
とすることができる。

そして、上記計測システムによればこの場合もトレラン
ス間引き方法によって計測データの間弓きを行うので、
計測データの処理時間を短縮し得るとともに、そのデー
タの記憶に必要な記憶容量が膨大なものとなるのを避け
ることができる。

以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例
に限定されるものでなく、例えばリニアセンサ３３に代
えて、レーザー式の測距センサを用いても良い。

（発明の効果） かくしてこの発明の形状計測方法によれば、実質上連続
計測が可能なセンサを実際の対象物に対しその起伏の大
きさにかかわらず計測可能距離範囲から外れさせること
なく移動させて連続的計測を行うことができるので、比
較的広い曲面や比較的長い断面輪郭線の形状計測の際に
も、短時間で詳細度が充分高い計測を行うことができる
。

【図面の簡単な説明】

第ｌ図は、この発明の形状計測方法の一実施例を適用し
た、車体パネル或形用金型の計測システムを機能ブロッ
クで表す構成図、 第２図は、上記三次元測定機の計測制御系を示す構成図
、 第３図は、上記計測システムで用いる数値モデルを例示
する説明図、 第４図は上記計測システムで用いる基準データの作或基
準とする格子状の断面線を例示する説明図、 第５図は、上記基準データにおける点列を例示する説明
図、 第６図は上記基準データから実際の計測に必要な範囲お
よび走査線を指示する方法を示す説明図、第７図（ａ）
　，　（ｂ）は上記基準データから、タッチセンサを用
いる場合に使用する計測点列を指定する方法を示す説明
図、 第８図はトレランス間引き方法の手順を示すフローチャ
ート、 第９図は上記トレランス間引き方法を例示する説明図、 第１０図および第ｌ１図は、上記計測システムにおいて
タッチセンサを用いる場合の自動計測用ＮＣデータのセ
ンサの移動方法を例示する説明図、第１２図は上記基準
データから、リニアセンサを用いる場合に使用する断面
形状の輪郭線を求める方法を示す説明図、 第１３図および第１４図は上記計測システムにおいてリ
ニアセンサを用いる場合の自動計測用ＮＣデータのセン
サの移動方法を例示する説明図、第１５図は上記計測シ
ステムの、タッチセンサを用いた計測作動中における計
測データの表示方法を例示する説明図、 第１６図（ａ）　，　（ｂ）は上記計測システムの、タ
ソチセンサを用いた計測作動の終了後における計測デー
タの表示方法を例示する説明図、 第１７図（ａ）　，　（ｂ）は上記計測システムの、リ
ニアセンサを用いた計測作動の終了後における計測デ−
タの表示方法を例示する説明図である。 １・・・ホストコンピュータ ２・・・旦ニコンピュータ　　３・・・三次元測定−機
４〜７・・・ＣＡＤ部　　　　８・・・基準データ作成
部ｌ７・・・誤差量算出部 １８・・・計測用ＮＣデータ作戊部 ２０・・・計測データ補正部　　２３．　２４・・・入
出力端末装置２５・・・Ｘ−Ｙプロッタ　　　２７・・
・測定機本体２８・・・センサ移動制御装置　２９・・
・現在位置演算装置３２・・・タッチセンサ　　　　３
３・・・リニアセンサ３３ａ・・・ブローブ　　　　　
３３ｃ・・・座標制御点５０・・・対象物　　　　　　
　Ｆ・・・断面形状の輪郭線第３図 第４図 第５図 第７図 （ｂ） 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図 第１７図 （ａ） （ｂ） −９６−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、所定計測方向における物体に対する距離の変化を実
   質上連続的に計測可能なセンサを用いて、対象物の形状
   を計測するに際し、 先ず、前記対象物の想定形状を表す形状データを作成し
   、 次いで、前記形状データに基づく前記想定形状の表面と
   、前記センサとの間の、前記計測方向における距離を、
   そのセンサの計測可能範囲に応じた所定範囲内に維持し
   つつ、前記センサを前記想定形状の表面に概略倣って移
   動させながら、その移動の間に前記センサにより、前記
   対象物に対する距離を計測することを特徴とする、形状
   計測方法。