JPH04270911A - 自由曲面測定方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばタッチシグナル
プローブ及び倣いプローブ等の球状の測定子を被測定自
由曲面に接触させて得られた三次元測定データから、任
意の指定断面上の実面座標値を算出するための自由曲面
測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＣＡＤ／ＣＡＭ（Ｃｏｍｐｕｔｅ
ｒ　Ａｉｄｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　／Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　
Ａｉｄｅｄ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）システムに
よる設計・加工効率の向上及びＮＣ工作機械の高性能化
等に伴い、複雑な形状の製品を高精度に加工することが
可能になってきた。このため、製品評価のための計測に
おいても、自由曲面を含む複雑な三次元形状を高速かつ
高精度に測定できることが望まれている。

【０００３】一方、三次元測定機を使用して自由曲面を
評価することもなされている。三次元測定機では、通常
、プローブ先端がボール形状をしており、その測定デー
タは、ボールの中心点座標として求まるため、自由曲面
の場合、個々の中心点座標から実際の測定面を精度良く
求めるのは容易でない。そこで、三次元測定機からプロ
ーブ中心点群データを取込み、プローブの中心点群デー
タから生成されたプローブ中心の自由曲面から実曲面を
推定する方法も考えられている。

【０００４】実曲面を推定する従来の方法では、プロー
ブ中心曲面上の着目点を含む微小曲面を、その方線方向
にプローブ半径分だけオフセットさせ、オフセット後の
曲面上の前記着目点に対応した点を実曲面上の点とする
ようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方法では、プローブ中心曲面の法線方向によって、微小
曲面がオフセットする方向も異なってくるため、任意の
断面を指定して、その指定断面上での実面座標値を求め
ることができないという欠点がある。このため、実面座
標値からの自由曲面生成が困難になったり、設計値と測
定値との照合が困難になるという問題点がある。

【０００６】本発明は、このような従来の問題点を解決
するためになされたもので、三次元測定機からの測定点
群データによって得られた測定子中心曲面から任意の指
定断面上の実面座標値を求めることが可能な自由曲面測
定方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る自由曲面測
定方法は、球状の測定子を被測定自由曲面に接触させて
得られた三次元測定データから前記測定子の中心によっ
て描かれる測定子中心曲面を算出するステップと、前記
測定子中心曲面と任意の指定断面との交線上の任意の着
目点を通り前記指定断面上に存在するガイド直線を算出
するステップと、前記着目点の近傍面をその法線方向に
前記測定子の半径分だけオフセットさせて前記ガイド直
線との交点を前記指定断面上の実面座標値として算出す
るステップとを有することを特徴とする。

【０００８】

【作用】本発明によれば、任意の指定断面を指定すると
、この指定断面上に着目点を通るガイド直線が算出され
、上記着目点の近傍の自由曲面をオフセットさせたとき
に、オフセット曲面と上記ガイド直線との交点を実面の
座標値として算出するようにしている。このため、得ら
れる座標値は指定断面上に存在することになり、上記指
定断面上に実面の断面曲線を求めていくことができる。

【０００９】なお、ガイド直線を、指定断面と測定子中
心曲面との交線上の着目点を通る直線とし、かつ上記着
目点における測定子中心曲面の法線ベクトルを前記指定
断面上に投影した直線であるとすると、着目点近傍の自
由曲面を法線方向にオフセットさせたときに、オフセッ
ト後の曲面と指定断面との交線上において、オフセット
後の前記着目点に最も近い位置をガイド直線が通ること
になる。従って、前記オフセット後の自由曲面と前記ガ
イド直線との交点を算出することにより、前記指定断面
上の実面座標値を精度良く算出することができる。

【００１０】

【実施例】以下、添付の図面を参照してこの発明の実施
例について説明する。図１は、この発明の実施例に係る
自由曲面測定方法を示す流れ図である。

【００１１】先ず、三次元測定機の測定データからプロ
ーブ中心曲面を算出する（Ｓ１）。このプローブ曲面の
算出は以下の手順によって行われる。即ち、三次元測定
機を使用した測定工程では、図２に示すように、各測定
断面ＭＳ毎にプローブ中心点群データ（以下、「測定点
群データ」と呼ぶ）Ｄを求める。このとき、測定ピッチ
及び測定点数は任意で良い。従って、三次元測定機から
得られた測定点群データＤは、まちまちの間隔となって
いる。

【００１２】この測定点群データＤに対し、次に第１の
自由曲線Ｃ１　の当てはめ処理を行う。この第１の自由
曲線Ｃ１　の当てはめ処理は、各測定断面の測定点列毎
に行われる。この第１の自由曲線Ｃ１　は、図３に示す
ように、測定点間を微小値εの範囲をはみださないよう
な複数の曲線からなり、隣り合う曲線は、その接続点に
おいて接線が共通であるように決定する。

【００１３】次に、求められた各測定点列に対応する第
１の自由曲線Ｃ１　を、例えば弦長を基準として各々ｎ
等分（ｎは任意の整数）した後、得られた等分点を滑ら
かに通るように第１の自由曲線を再び算出する。ここで
、第ｊ番目の測定点列におけるｉ番目（（ｉは０〜ｎ）
の分割点のベクトルデータをＰｉｊとする。

【００１４】次に、図４に示すように、ｉを共通とする
分割点を通る自由曲線、即ち、上記の処理で求められた
第１の自由曲線Ｃ１　（この第１の自由曲線Ｃ１　の方
向を以下ｕ方向とする）と交差する第２の自由曲線Ｃ２
　（この第２の自由曲線Ｃ２　の方向を以下ｖ方向とす
る。）を決定する。この第２の自由曲線Ｃ２　は、通過
点Ｐｉｊを通り、通過点Ｐｉｊにおける接線が共通にな
ることを条件として決定される。この自由曲線の決定ア
ルゴリズムとしては、例えばＣ１　級接続又はＣ２　級
接続の３次ベジェ曲線の生成アルゴリズムを使用するこ
とができる。

【００１５】次に、このようなアルゴリズムによって生
成された自由曲線で各々囲まれた範囲に接平面が共通に
なる自由曲面を生成する。接平面が共通であるように張
ったパッチを生成するには、例えば共通の境界曲線を有
し、且つその両端点で接平面が一致する条件を満たす２
枚のパッチを生成すれば良い。この条件を満たせば、境
界曲線上の全ての点で接平面が一致することになる。以
上の処理により、単位自由曲面が夫々生成され、これら
の単位自由曲面の集合によってプローブ中心曲面を生成
することができる。

【００１６】プローブ中心曲面が算出されたら、次に以
下の処理により実面の座標値を算出する。先ず、実面座
標値を算出するための断面を指定する（Ｓ２）。この断
面としては、平面、円筒面等、任意の断面を指定可能で
あるが、ここでは一例として平面を断面として指定した
場合について説明する。

【００１７】図５に示すように、プローブ中心曲面Ｓ全
体をｕ，ｖ方向共にｍ分割し、指定断面ＳＳの近傍のパ
ッチ群を対象パッチ群として選択する。この選択処理は
、例えば各パッチを指定断面ＳＳに平行でかつ所定の間
隔をもって配置された２つの平面を設定し、各パッチの
少なくとも一部が両平面の内側に存在するかどうかを調
べることにより行うことができる。そして、選択された
パッチ群を更に１／２に分割し、以上の操作を繰り返す
ことにより、対象パッチの縮小と絞り込みとを行う。 絞り込まれた対象パッチは、ベジェ−グレゴリーパッチ
であるが、その面積は十分に縮小されているため、これ
を１又は複数の双一次パッチで分割近似する。続いて双
一次パッチの境界線（直線）と指定断面との交点をチェ
ックすることにより、交線近傍のパッチを選択し、パッ
チリストを作成する。そして、スキャニングのスタート
パッチをパッチリストから選択する。

【００１８】次に、プローブ中心曲面Ｓと指定断面ＳＳ
との交線ＣＬに沿った着目点のスキャニングを開始する
（Ｓ３）。スキャニングでは、先ず、着目点を通るガイ
ド直線を算出する（Ｓ４）。図６に示すように、ガイド
直線Ｌは、着目点ＳＰにおける面法線ベクトルｎを指定
断面ＳＳに投影することにより得られる直線である。

【００１９】ガイド直線Ｌが決定されたら、着目点ＳＰ
の近傍の自由曲面を面法線ｎ方向にプローブ半径ｒ分だ
けオフセットし、このオフセットされた曲面とガイド直
線Ｌとの交点を算出する（Ｓ５）。

【００２０】初期オフセット対象パッチは、スキャニン
グピッチがプローブ半径以上である場合には、ガイド直
線が存在するパッチとし、スキャニングピッチがプロー
ブ半径よりも小さい場合には、前回のスキャニングにお
いて実面座標値を求めたパッチとする。次に、初期オフ
セットパッチを双一次パッチで近似し、ガイド直線Ｌと
双一次パッチとの交点を算出する。図６では、ガイド直
線Ｌが存在するパッチを初期オフセット対象パッチＩＰ
とし、これを面法線方向にオフセットさせてオフセット
パッチＯＰを生成した様子を示している。そして、オフ
セットパッチＯＰとガイド直線Ｌとの交点ＣＰの座標値
が、実面座標値として求められる点となる。

【００２１】オフセットパッチＯＰとガイド直線Ｌとの
交点ＣＰが見つからなかった場合には、ガイド直線Ｌを
生成したときの面法線ベクトルｎとガイド直線Ｌとで平
面を形成し、この平面とオフセットパッチＯＰの輪郭線
との交点を求め、法線ベクトルｎとの成す角が小さい方
向にあるパッチを次の対象パッチとしてパッチリストか
ら選択する。なお、上記の方法によっても交点が求まら
なかった場合には、近傍パッチをパッチリストから選択
し、次々とオフセットし、交点の存在を調べていく。

【００２２】全ての着目点についてガイド直線とオフセ
ットパッチとの交点が算出されたら（Ｓ６）、次の指定
断面について同様のスキャニングを実行する（Ｓ７）。 全ての指定断面ＳＳについてのスキャニングが終了した
ら、各指定断面ＳＳ上の実面座標値の算出処理を終了す
る。

【００２３】以上の処理により、指定断面ＳＳ上に実面
座標値を精度良く算出することができる。また、この実
施例によれば、処理対象となるパッチを十分に絞り込ん
だうえで、面のオフセット（座標変換）処理と直線との
交点算出処理とを行っているので、実面座標値の算出に
要する時間を十分に削減することができ、高速処理が可
能であるという利点がある。なお、この実施例では、着
目点の近傍の自由曲線をそのままオフセットさせるよう
にしたが、着目点近傍のオフセットさせる自由曲面を微
小平面で近似し、この微小平面を面法線方向にオフセッ
トさせてガイド直線との交点を求めるようにしても良い
。この場合には、演算処理の簡略化により、演算処理時
間を更に短縮することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、任
意の指定断面上にガイド直線を算出し、着目点の近傍の
自由曲面を測定子の半径分だけオフセットさせた面と上
記ガイド直線との交点を実面座標値として算出するよう
にしているので、任意の指定断面上に実面座標値を算出
することができる。このため、実面座標値から自由曲面
への算出処理や設計値と測定値との照合処理が容易にな
る等の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の実施例に係る自由曲面測定方法を
示す流れ図である。

【図２】　　三次元測定機から得られる測定点群データ
を示す模式図である。

【図３】　　測定点群データを第１の自由曲線で当ては
めた様子を示す模式図である。

【図４】　　第１の自由曲線を等分して各等分点を第２
の自由曲線で滑らかに結合した様子を示す模式図である
。

【図５】　　自由曲面と指定断面との関係を示す模式図
である。

【図６】　　オフセットされたパッチとガイド直線との
関係を示す模式図である。

【符号の説明】

ＭＳ…測定断面、Ｄ…測定点群データ、Ｃ１　…第１の
自由曲線、Ｃ２　…第２の自由曲線、Ｓ…プローブ中心
曲面、ＳＳ…指定断面、ＳＰ…着目点、Ｌ…ガイド直線
、ＩＰ…初期オフセット対象パッチ、ＯＰ…オフセット
パッチ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　球状の測定子を被測定自由曲面に接触
   させて得られた三次元測定データから前記測定子の中心
   によって描かれる測定子中心曲面を算出するステップと
   、前記測定子中心曲面と任意の指定断面との交線上の任
   意の着目点を通り前記指定断面上に存在するガイド直線
   を算出するステップと、前記着目点の近傍面をその法線
   方向に前記測定子の半径分だけオフセットさせて前記ガ
   イド直線との交点を前記指定断面上の実面座標値として
   算出するステップとを有することを特徴とする自由曲面
   測定方法。
2. 【請求項２】　　前記ガイド直線は、前記着目点におけ
   る前記測定子中心曲面の法線ベクトルを前記指定断面上
   に投影して得られたものであることを特徴とする請求項
   １記載の自由曲面測定方法。
3. 【請求項３】　　前記測定子中心曲面を複数のパッチに
   分割し前記指定新面との交線が存在するパッチ及びその
   近傍のパッチを対象パッチとして抽出すると共に抽出さ
   れた対象パッチに対してのみオフセット及び交点算出処
   理を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の自由曲
   面測定方法。