JPH0895626A

JPH0895626A - ３次元測定機用オフライン教示装置

Info

Publication number: JPH0895626A
Application number: JP6252811A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Sakata; 俊一坂田
Original assignee: KUMAMOTO TECHNO PORISU ZAIDAN; KUMAMOTO TECHNOPOLIS FOUND
Current assignee: KUMAMOTO TECHNO PORISU ZAIDAN; KUMAMOTO TECHNOPOLIS FOUND
Priority date: 1994-09-21
Filing date: 1994-09-21
Publication date: 1996-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】測定対象物の２次元図形データを利用して、
斜面上に存在する測定対象物に対しても容易に測定機制
御パスデータを生成することができようにする。【構成】座標系設定部１０は基本制御パスデータを３
次元空間上の座標系へ座標変換する際の回転処理のため
の変換マトリックスを生成する。ここで、斜面に対して
はビュー座標系を設定し、この座標系における２軸に対
応するベース座標系における２つのベクトルを取得し、
３次元化し、更に斜面法線ベクトルを生成して変換マト
リックスの要素を生成する。座標系変換処理部２０は基
本制御パスデータを３次元空間上の座標系へ座標変換す
る際の平行移動成分となる基準点座標を生成し、変換マ
トリックスと基準点座標を用いて基本制御パスデータを
３次元空間上の座標系へ座標変換して測定機制御パスデ
ータを生成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、３次元測定機に対し
て、２次元図形データを用いてオフラインで教示作業を
行う３次元測定機用オフライン教示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】製品形状の複雑化や高精度化に伴って、
高品質な製品を安定して供給するためには、信頼性の高
い測定検査システムの構築が必要となっている。また、
現在、メカトロニクス化や軽薄短小化によって、機械加
工に要求されている寸法精度や形状公差は日増しに厳し
くなっており、これに対応するために高精度型のＮＣ
（数値制御）工作機械が利用されている。従って、その
加工精度を測定検査し保証するには従来のマイクロメー
タ類では限界があり、３次元測定機はなくてはならない
存在になってきている。

【０００３】最近、３次元測定機はＮＣ化が進んでお
り、高機能なＣＮＣ（コンピュータＮＣ）を搭載した測
定機が出現している。このＣＮＣ型の３次元測定機で
は、予め測定対象物に応じて作業手順を教示（ティーチ
ング）する必要がある。従来の教示作業は、測定対象物
を測定機のテーブル上に固定し、測定手順に沿って作業
者がプローブを手動あるいはジョイスティックを操作し
ながら行うオンラインの教示作業であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
オンラインの教示作業では、実機を使用してプローブの
移動経路が生成されるため、多品種少量の測定対象物に
対しては教示作業量が増大し、また、３次元測定機を測
定に専用的に使用できないので、３次元測定機の稼働率
が低くなるという問題点があった。また、製品形状の複
雑化、高精度化により測定作業量も増大しており、これ
によっても、教示作業量が増大し、同様の問題が生じて
いた。

【０００５】そこで、ＣＡＤ（計算機援用設計）システ
ム上の２次元図形データを利用して、実機を使用せずに
オフラインで教示を行うことが考えられる。ところが、
この場合、測定対象物が斜面上に存在する場合には、種
々の形態の斜面毎に、その斜面に対応させて３次元測定
機の測定動作形態を示す測定機制御パスデータを作成す
る作業が非常に煩雑になるという問題点がある。

【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、測定対象物の２次元図形データを利
用して、斜面上に存在する測定対象物に対しても容易に
測定機制御パスデータを生成することができ、３次元測
定機に対する教示作業を省力化すると共に、３次元測定
機の稼働率を向上できるようにした３次元測定機用オフ
ライン教示装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の３次元測
定機用オフライン教示装置は、測定対象物の２次元図形
データに基づいて、測定対象物上の座標系によって記述
された３次元測定機の測定動作形態を示す基本制御パス
データを生成する基本制御パスデータ生成手段と、測定
対象物の２次元図形データに基づいて、測定対象物の斜
面を除く各平面上に、３次元空間上の座標系であるベー
ス座標系を設定するためのベース座標系設定手段と、こ
のベース座標系設定手段においてベース座標系が設定さ
れた各平面毎に、平面に平行な２つの軸と面法線方向の
軸の各軸についての単位方向ベクトルを取得するベース
座標系変換成分取得手段と、測定対象物の２次元図形デ
ータに基づいて、測定対象物の斜面上に斜面専用の座標
系である斜面ビュー座標系を設定すると共に、この斜面
ビュー座標系における斜面に平行な２軸に対応するベー
ス座標系における２つのベクトルを指示するための斜面
ビュー座標系設定手段と、この斜面ビュー座標系設定手
段において指示された斜面ビュー座標系における斜面に
平行な２軸に対応するベース座標系における２つのベク
トルを取得し、この２つのベクトルを３次元化し、この
３次元化された２つのベクトルから斜面法線ベクトルを
生成して、斜面に平行な２つの軸と斜面法線方向の軸の
各軸についての単位方向ベクトルを取得する斜面座標系
変換成分取得手段と、ベース座標系変換成分取得手段と
斜面座標系変換成分取得手段によって取得された各軸に
ついての単位方向ベクトルに基づいて、測定対象物を表
す各図面毎に、基本制御パスデータ生成手段によって生
成された基本制御パスデータを３次元空間上の座標系へ
座標変換する際の回転処理を行うための回転変換マトリ
ックスを生成する変換マトリックス生成手段と、測定対
象物の２次元図形データと回転変換マトリックス生成手
段によって生成された回転変換マトリックスとに基づい
て、基本制御パスデータにおける原点に対応する３次元
空間上の座標系における点の座標である基準点座標を生
成する基準点座標生成手段と、回転変換マトリックス生
成手段によって生成された回転変換マトリックスを用い
て回転処理を行うと共に基準点座標生成手段によって生
成された基準点座標を用いて平行移動処理を行うことに
よって、基本制御パスデータを３次元空間上の座標系へ
座標変換して、３次元空間上における３次元測定機の測
定動作形態を示す測定機制御パスデータを生成する座標
変換手段とを備えたものである。

【０００８】この３次元測定機用オフライン教示装置で
は、基本制御パスデータ生成手段によって、測定対象物
の２次元図形データに基づいて、測定対象物上の座標系
によって記述された３次元測定機の測定動作形態を示す
基本制御パスデータが生成される。一方、ベース座標系
設定手段において、測定対象物の２次元図形データに基
づいて、測定対象物の斜面を除く各平面上に、３次元空
間上の座標系であるベース座標系が設定され、このベー
ス座標系が設定された各平面毎に、ベース座標系変換成
分取得手段によって、平面に平行な２つの軸と面法線方
向の軸の各軸についての単位方向ベクトルが取得され
る。また、斜面ビュー座標系設定手段において、測定対
象物の２次元図形データに基づいて、測定対象物の斜面
上に斜面専用の座標系である斜面ビュー座標系が設定さ
れると共に、この斜面ビュー座標系における斜面に平行
な２軸に対応するベース座標系における２つのベクトル
が指示され、斜面座標系変換成分取得手段によって、斜
面ビュー座標系における斜面に平行な２軸に対応するベ
ース座標系における２つのベクトルを取得し、この２つ
のベクトルを３次元化し、この３次元化された２つのベ
クトルから斜面法線ベクトルを生成することによって、
斜面に平行な２つの軸と斜面法線方向の軸の各軸につい
ての単位方向ベクトルが取得される。そして、ベース座
標系変換成分取得手段と斜面座標系変換成分取得手段に
よって取得された各軸についての単位方向ベクトルに基
づいて、変換マトリックス生成手段によって、測定対象
物を表す各図面毎に、基本制御パスデータ生成手段によ
って生成された基本制御パスデータを３次元空間上の座
標系へ座標変換する際の回転処理を行うための回転変換
マトリックスが生成される。また、基準点座標生成手段
によって、測定対象物の２次元図形データと回転変換マ
トリックス生成手段によって生成された回転変換マトリ
ックスとに基づいて、基本制御パスデータにおける原点
に対応する３次元空間上の座標系における点の座標であ
る基準点座標が生成される。そして、座標変換手段によ
って、回転変換マトリックス生成手段によって生成され
た回転変換マトリックスを用いて回転処理を行うと共に
基準点座標生成手段によって生成された基準点座標を用
いて平行移動処理を行うことによって、基本制御パスデ
ータが３次元空間上の座標系へ座標変換され、３次元空
間上における３次元測定機の測定動作形態を示す測定機
制御パスデータが生成され、オフラインで、すなわち３
次元測定機を使用せずに、３次元測定機に対する教示作
業が行われる。

【０００９】請求項２記載の３次元測定機用オフライン
教示装置は、請求項１記載の３次元測定機用オフライン
教示装置において、斜面ビュー座標系設定手段は、ベー
ス座標系が設定された平面上において、斜面ビュー座標
系における斜面に平行な２軸に対応する２つの線分が指
示されると、各線分の図形データを取得し、この図形デ
ータ中の図形諸元として格納されている始点と終点の各
端点座標の情報を用いて、斜面ビュー座標系における斜
面に平行な２軸に対応するベース座標系における２つの
ベクトルを生成し、斜面座標系変換成分取得手段は、斜
面ビュー座標系設定手段によって生成された２つのベク
トルに対応する各線分の図形データを取得し、この図形
データ中の画層名として格納されている図面名に応じ
て、斜面ビュー座標系設定手段によって生成された２つ
のベクトルを３次元化するものである。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て詳細に説明する。

【００１１】図１は本発明の一実施例に係る３次元測定
機用オフライン教示装置の構成を示すブロック図であ
る。この図に示すように、本実施例の３次元測定機用オ
フライン教示装置は、ＣＡＤ（計算機援用設計）システ
ム１と、このＣＡＤシステム１に接続された座標系設定
部１０と、同じくＣＡＤシステム１に接続された座標系
変換処理部２０とを備えている。ＣＡＤシステム１は、
演算制御装置としての計算機２と、この計算機２に接続
された計算機メモリ３およびＣＲＴ（陰極線管）ディス
プレイ４を備えている。計算機メモリ３には、測定対象
物の２次元図形データが格納されている。

【００１２】座標系設定部１０は、ＣＡＤシステム１上
の２次元図形データによって表される斜面を除く上面、
正面等の各平面上に、３次元空間上の座標系であるベー
ス座標系を設定するベース座標系設定部１１と、ＣＡＤ
システム１上の２次元図形データによって表される斜面
上に、斜面専用の座標系である斜面ビュー座標系を設定
する斜面ビュー座標系設定部１２と、ベース座標系設定
部１１によってベース座標系が設定された各図面毎に１
〜３軸の単位方向ベクトルの既定値を取得するベース座
標系変換成分取得部１３と、斜面ビュー座標系設定部１
２によって斜面ビュー座標系が設定された斜面について
１〜３軸の単位方向ベクトルを求めると共に、斜面ビュ
ー座標系からベース座標系への変換成分を生成する斜面
座標系変換成分取得部１４とを備えている。座標系設定
部１０は、更に、ベース座標系変換成分取得部１３と斜
面座標系変換成分取得部１４で取得したデータを基にし
て各図面毎に、後述する基本制御パスデータを３次元空
間上の座標系へ座標変換する際の回転処理を行うための
回転変換マトリックスを生成する座標変換マトリックス
生成部１５を備えている。

【００１３】座標系変換処理部２０は、測定対象物を指
示する測定指示部２１と、この測定指示部２１によって
指示された測定対象物の図形データを計算機メモリ３よ
り取得する図形データ取得部２２と、この図形データ取
得部２２で取得した図形データを基にして、測定対象物
上の座標系によって記述された３次元測定機の測定動作
形態を示す基本制御パスデータを生成する基本制御パス
データ生成部２３とを備えている。座標系変換処理部２
０は、更に、図形データ取得部２２で取得した図形デー
タと座標変換マトリックス生成部１５によって生成され
た回転変換マトリックスとに基づいて、基本制御パスデ
ータにおける原点に対応する３次元空間上の座標系にお
ける点の座標である基準点座標を生成する基準点座標生
成部２４と、回転変換マトリックス生成部１５によって
生成された回転変換マトリックスを用いて回転処理を行
うと共に基準点座標生成部２４によって生成された基準
点座標を用いて平行移動処理を行うことによって、基本
制御パスデータを３次元空間上の座標系へ座標変換し
て、３次元空間上における３次元測定機の測定動作形態
を示す測定機制御パスデータを生成する座標変換処理部
２５とを備えている。

【００１４】座標系設定部１０および座標系変換処理部
２０はコンピュータによって実現される。

【００１５】次に、本実施例に係る３次元測定機用オフ
ライン教示装置の動作の概要を説明する。

【００１６】座標系設定部１０の主たる機能は、基本制
御パスデータを３次元空間上の座標系へ座標変換する際
の回転処理を行うための回転変換マトリックスを生成す
ることである。そのために、まず、ＣＡＤシステム１上
の図形要素を、上面、正面、背面、右側面、左側面、斜
面の図面区分により区分けを行った後、ベース座標系設
定部１１によって、斜面を除く各平面上にベース座標系
を設定する。一方、斜面上には、斜面ビュー座標系設定
部１２によって斜面ビュー座標系を設定する。設定され
た各座標系は、ＣＲＴディスプレイ４によって表示する
と共に、計算機メモリ３に登録する。

【００１７】次に、ベース座標系変換成分取得部１３に
よって、ベース座標系設定部１１でベース座標系が設定
された各図面毎に、基本制御パスデータを３次元空間上
の座標系へ座標変換する際の回転変換成分として、１〜
３軸の単位方向ベクトルの既定値を取得する。また、斜
面座標系変換成分取得部１４によって、斜面ビュー座標
系設定部１２で斜面ビュー座標系が設定された斜面につ
いて１〜３軸の単位方向ベクトルを取得すると共に、斜
面ビュー座標系からベース座標系への変換成分を生成す
る。最後に、座標変換マトリックス生成部１５によっ
て、ベース座標系変換成分取得部１３と斜面座標系変換
成分取得部１４で取得したデータを基にして各図面毎
に、回転変換マトリックスを生成し、計算機メモリ３に
登録する。

【００１８】座標系変換処理部２０の主たる機能は、Ｃ
ＡＤシステム１から取得した測定対象物の図形データと
回転変換マトリックスを基にして、測定機制御パスデー
タを生成することである。そのために、図形データ取得
部２２によって、測定指示部２１で指示された測定対象
物の平面と側面の２次元図形データを取得し、この図形
データを基にして、基本制御パスデータ生成部２３によ
って基本制御パスデータを生成し、基準点座標生成部２
４によって基準点座標を生成する。最後に、座標変換処
理部２５によって、回転変換マトリックス生成部１５で
生成された回転変換マトリックスと基準点座標生成部２
４で生成された基準点座標とを用いて、基本制御パスデ
ータを３次元空間上の座標系へ座標変換して、測定機制
御パスデータを生成する。この測定機制御パスデータに
よる制御パスは、２次元の各図面上へ投影して、ＣＲＴ
ディスプレイ４によって表示する。

【００１９】次に、本実施例の３次元測定機用オフライ
ン教示装置の動作について詳しく説明する。

【００２０】座標系設定部１０では、ＣＡＤシステム１
上の図形要素を、上面、正面、背面、右側面、左側面、
斜面の図面区分により区分けを行った後、各平面図形間
の３次元空間上での関連性を定義するために、ベース座
標系設定部１１によって、斜面を除く各平面上にベース
座標系を設定する。なお、本実施例では、上面、正面、
背面、右側面、左側面、斜面の各図面に測定対象物の平
面形状が正投影されていることが条件となる。図２は測
定対象物の一例の平面図形を示し、（ａ）は上面、
（ｂ）は正面、（ｃ）は右側面を示している。そして、
この図中に示されているｘ、ｙ、ｚが、ベース座標系設
定部１１によって設定されたベース座標系の１〜３軸を
示している。

【００２１】測定対象物が斜面を有する場合には、斜面
ビュー座標系設定部１２によって斜面上に斜面ビュー座
標系を設定する。なお、本実施例で対象となる斜面は、
斜面の面法線ベクトルがベース座標系の１〜３軸のいず
れか１軸と垂直であることが条件となる。図３は図２と
同様の測定対象物の平面図形を示し、（ａ）は上面、
（ｂ）は正面、（ｃ）は右側面、（ｄ）は斜面を示して
いる。そして、図３（ｄ）において、符号３１が斜面ビ
ュー座標系設定部１２によって設定されたビュー１軸、
３２が同様に設定されたビュー２軸を示している。これ
らビュー１軸３１とビュー２軸３２は斜面に平行で、且
つ互いに直交している。斜面ビュー座標系設定部１２で
は、更に、オペレータが、図３（ａ）、（ｂ）に示すよ
うに、斜面以外の平面図形のベース座標系上において、
斜面ビュー座標系のビュー１軸３１に対応するベクトル
３３と、ビュー２軸３２に対応するベクトル３４を指示
する。この際、当該ベクトル３３、３４が各図面上にお
いて正投影されていることが条件となる。ベース座標系
設定部１１と斜面ビュー座標系設定部１２によって設定
された各座標系はＣＲＴディスプレイ４によって表示す
ると共に、計算機メモリ３に登録する。

【００２２】ここで、図３に示す例を用いて、斜面ビュ
ー座標系設定部１２において斜面ビュー座標系のビュー
１軸３１に対応するベクトル３３と、ビュー２軸３２に
対応するベクトル３４を指示する手順について具体的に
説明する。まず、オペレータが、ＣＲＴディスプレイ４
によって表示された図３（ａ）、（ｂ）に示すような上
面図面、正面図面において、斜面ビュー座標系のビュー
１軸３１に対応する線分と斜面ビュー座標系のビュー２
軸３２に対応する線分とを順にピックすることによっ
て、斜面ビュー座標系設定部１２が計算機メモリ３より
各線分の図形データを取得する。この線分の図形データ
は、画層名として格納されている図面名の情報と、図形
諸元として格納されている始点と終点の２つの端点座標
の情報を有している。斜面ビュー座標系設定部１２は、
ピック位置と線分の両端点座標を比較して、ピック位置
に近い方の端点をベクトル始点とした単位ベクトル３
３、３４を生成する。

【００２３】次に、ベース座標系変換成分取得部１３で
は、予め、図５に示すように、上面、正面、背面、右側
面、左側面の各図面毎に１〜３軸の単位方向ベクトルの
既定値を定めて計算機メモリ３に格納しておき、図面区
分が設定された時点で、各図面毎に自動的に計算機メモ
リ３より既定値の取得を行う。図４は各図面毎の１〜３
軸の単位方向ベクトルを示している。この図において、
符号３５〜３９は、それぞれ上面、正面、背面、右側
面、左側面における１〜３軸の単位方向ベクトルを示し
ている。また、符号４０はベース座標系を示している。

【００２４】また、斜面座標系変換成分取得部１４で
は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、斜面ビュー座標
系設定部１２によって指示された斜面ビュー座標系にお
けるビュー１軸３１に対応するベース座標系におけるベ
クトル３３と、ビュー２軸３２に対応するベース座標系
におけるベクトル３４とを取得後、これらのベクトル３
３、３４に対応する線分の図形データを計算機メモリ３
より取得し、この図形データ中の画層名として格納され
ている図面名に応じて、ベクトル３３、３４の３次元ベ
クトル化を行う。次に、図６（ｃ）に示すように、ビュ
ー１軸に対応する３次元ベクトル４１とビュー２軸に対
応する３次元ベクトル４２のベクトル間の外積を求め、
これを斜面における面法線ベクトルである３軸の単位ベ
クトル４３とする。このようにして、斜面座標系変換成
分取得部１４では、斜面に平行な２つの軸と斜面法線方
向の軸の各軸についての単位方向ベクトルを取得する。

【００２５】図７は、斜面座標系変換成分取得部１４に
よって取得されるベクトル３３、３４となる単位方向ベ
クトルと、この単位方向ベクトルを３次元ベクトル化し
た後の３次元ベクトルとを示すと共に、斜面の３軸の単
位ベクトルの求め方を示している。この図に示すよう
に、例えば、上面図面上で指示された線分に対応する単
位方向ベクトルは（ｘ、ｙ）で表され、これを３次元ベ
クトル化すると（ｘ、ｙ、０）となる。同様に、正面図
面上で指示された線分に対応する単位方向ベクトルは
（ｘ、ｚ）で表され、これを３次元ベクトル化すると
（ｘ、０、ｚ）となる。このように、線分がどの平面図
面上で指示されたかによってどのように３次元ベクトル
化するかが異なるが、前述のように、線分の図形データ
は画層名として格納されている図面名（上面、正面等）
の情報を有しているので、図面名に応じて３次元ベクト
ル化を行うことが可能となる。また、３軸の単位ベクト
ル（ｌ３、ｍ３、ｎ３）は、１軸値を（ｌ１、ｍ１、ｎ
１）、２軸値を（ｌ２、ｍ２、ｎ２）とすると、以下の
式によって求められる。なお、記号＊は乗算を意味す
る。

【００２６】

【数１】ｌ３＝ｍ１＊ｎ２−ｎ１＊ｍ２ｍ３＝ｎ１＊ｌ２−ｌ１＊ｎ２ｎ３＝ｌ１＊ｍ２−ｍ１＊ｌ２

【００２７】斜面座標系変換成分取得部１４では、更
に、図６（ｃ）に示すように、斜面ビュー座標系原点４
５とベース座標系原点４６間の、ベース座標系における
各軸方向の距離であるオフセット値Δｘ、Δｙ、Δｚを
求めることにより、斜面ビュー座標系からベース座標系
へ変換する際の平行移動成分の生成も行う。

【００２８】図８は斜面ビュー座標系からベース座標系
への変換の様子を示したものである。この図に示すよう
に、斜面ビュー座標系上の点４７のビュー座標を（ｖ
１、ｖ２）とし、斜面１〜３軸の単位ベクトル値を（ｌ
１、ｍ１、ｎ１）、（ｌ２、ｍ２、ｎ２）、（ｌ３、ｍ
３、ｎ３）、求めるベース座標を（ｘ、ｙ、ｚ）とする
と、図８（ａ）に示す斜面ビュー座標系から図８（ｂ）
に示すベース座標系への座標変換式は、次のように表さ
れる。

【００２９】

【数２】

【００３０】斜面座標系変換成分取得部１４では、更
に、図９に示すように、斜面ビュー座標系原点４５とベ
ース座標系原点４６間の最短距離OfstSurfを求める。な
お、この最短距離OfstSurfは、基準点座標生成部２４で
使用するものである。

【００３１】最後に、座標変換マトリックス生成部１５
では、ベース座標系変換成分取得部１３と斜面座標系変
換成分取得部１４で取得した各軸についての単位方向ベ
クトルを基にして各図面毎に、回転変換マトリックスを
生成し、計算機メモリ３に登録する。回転変換マトリッ
クスは、各図面の１〜３軸の単位方向ベクトル値を（ｌ
１、ｍ１、ｎ１）、（ｌ２、ｍ２、ｎ２）、（ｌ３、ｍ
３、ｎ３）とすると、次の式で表される。

【００３２】

【数３】

【００３３】一方、座標系変換処理部２０では、まず、
測定指示部２１において、測定種別および測定点数を指
定すると共に、ＣＡＤシステム１上で表現された図形要
素に対して測定対象物の指示を平面要素、側面要素毎に
行う。なお、測定種別とは、測定対象物毎に区分された
測定方法および測定結果の評価方法の区分の名称を言
う。例えば、穴なら「円測定」、円柱なら「円筒測
定」、平面なら「平面測定」となる。また、平面要素と
は測定対象物を真上から見た形状を表現した図形要素を
言い、側面要素とは測定対象物を真横から見た形状を表
現した図形要素を言う。

【００３４】ここで、図１０に、計算機メモリ３に格納
されている図形データの構造を示す。この図に示すよう
に、図形データ５１は、図形ＩＤ（識別子）５２、図形
種別５３、画層名５４、線種５５および図形諸元５６で
構成されている。図形諸元５６は、例えば円の場合に
は、中心座標（ｘ、ｙ）５７と半径（ｒ）５８を含んで
いる。

【００３５】図形データ取得部２２では、測定指示部２
１によって指示された測定対象物に対応する図形要素の
図形ＩＤ５２を取得した後、これをキーとして計算機メ
モリ３より図形データ５１全体の取得を行う。

【００３６】基本制御パスデータ生成部２３では、図形
データ取得部２２で取得した図形諸元５６を基にして、
基本制御パスデータを生成する。

【００３７】図１１は外円測定の場合の基本制御パスデ
ータの一例を示している。また、図１２は図１１に示す
基本制御パスデータに対応する３次元測定機の測定動作
形態である基本制御パスを示し、（ａ）は平面要素に対
する基本制御パス、（ｂ）は側面要素に対する基本制御
パスを示している。なお、図１２において、ｓ１は測定
点１、ａ１はアプローチ点１、ｒ１はリトラクト点１を
示している。また、図１２において、丸印は測定子先端
のルビー球を示している。

【００３８】図１１において、測定パラメータとは、基
本制御パスを生成する際に必要となる距離等をパラメー
タ化したものであり、既定値を変更することも可能であ
る。図１１に示す例では、測定パラメータは、アプロー
チ距離ｌ_-apr 、リトラクト距離ｌ_-ret 、測定深さｌ
_-dep およびチップ半径ｒ_-chp の４つである。図１２
（ｂ）に示すように、アプローチ距離ｌ_-apr はアプロ
ーチ点と測定点との距離、リトラクト距離ｌ_-ret は基
本制御パスデータにおける座標系の原点とリトラクト点
とのｚ方向の距離、測定深さｌ_-dep は基本制御パスデ
ータにおける座標系の原点とアプローチ点とのｚ方向の
距離である。また、チップ半径ｒ_-chpは、３次元測定
機の測定子先端に装着されたルビー球の半径である。

【００３９】また、測定点、アプローチ点およびリトラ
クト点の各３次元座標は、円半径ｒ_-cir と上記の各測
定パラメータに基づいて、図１１に示す計算式に従って
計算される。

【００４０】なお、本実施例が適用される３次元測定機
は、測定子を移動させて測定子先端のルビー球を測定対
象物に接触させ、そのときの物理的な力によりスイッチ
が入ってルビー球と測定対象物との接触を検知し、測定
対象物の寸法、形状を測定するものである。この３次元
測定機の測定対象は機械加工を施された製品、金型等で
あり、測定目的は検査つまり設計値との照合測定であ
る。

【００４１】図１３は３次元測定機の測定内容の一例を
示したものである。この図において、「実測定」とは測
定子を操作しながら測定することを言い、「リコール測
定」とは、実測定により得られた測定結果を一旦保存
し、その結果を用いて幾何演算を行うことを言う。

【００４２】次に、基準点座標生成部２４では、図形デ
ータ取得部２２で取得した平面要素、側面要素の各２次
元図形データの図形諸元５６と座標変換マトリックス生
成部１５によって生成された回転変換マトリックス中の
３軸成分（面法線単位ベクトル）とに基づいて、基本制
御パスデータにおける原点に対応する３次元空間上の座
標系における点の座標である基準点座標値の生成を行
う。

【００４３】ここで、図１４および図１５を参照して、
基準点座標値の算出方法について具体的に説明する。図
１４は一般平面図上の図形の基準点座標値の算出方法を
説明するための図で、（ａ）は平面要素、（ｂ）は側面
要素を示している。また、符号６１は平面ベース座標
系、６２は側面ベース座標系を示している。図１５は斜
面図上の図形の基準点座標値の算出方法を説明するため
の図で、（ａ）は平面要素、（ｂ）は側面要素を示して
いる。また、符号６３は側面ベース座標系、６４は斜面
ビュー座標系を示している。ここで、平面要素の面法線
単位ベクトルを（ｌ３、ｍ３、ｎ３）、図１４（ａ）、
図１５（ａ）に示すように平面要素から求めた基準点の
座標値を（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）、図１４（ｂ）、図１５
（ｂ）に示すように側面要素から求めた基準点の座標値
を（ｘｓ、ｙｓ、ｚｓ）とする。

【００４４】基準点座標値を算出する場合、まず、以下
の式により、平面要素の面法線方向についての、側面ベ
ース座標系６２の原点と側面要素から求めた基準点との
間の距離Ｚを算出する。

【００４５】

【数４】Ｚ＝ｘｓ＊ｌ３＋ｙｓ＊ｍ３＋ｚｓ＊ｎ３

【００４６】次に、以下の式により、平面要素の面法線
方向についての、平面要素から求められた基準点位置６
５と側面要素から求めた基準点との間の距離ΔＺを算出
する。

【００４７】

【数５】ΔＺ＝Ｚ−OfstSurf

【００４８】なお、平面図形が斜面以外にある場合には
OfstSurf＝０．０とする。

【００４９】次に、以下の式により、平面要素から求め
られた基準点の座標値から基準点座標を求めるための補
正値Δｘｐ、Δｙｐ、Δｚｐを算出する。

【００５０】

【数６】Δｘｐ＝ｌ３＊ΔＺ Δｙｐ＝ｍ３＊ΔＺ Δｚｐ＝ｎ３＊ΔＺ

【００５１】最後に、以下の式により、基準点座標値
（ｘ０、ｙ０、ｚ０）を算出する。

【００５２】

【数７】ｘ０＝ｘｐ＋Δｘｐｙ０＝ｙｐ＋Δｙｐｚ０＝ｚｐ＋Δｚｐ

【００５３】なお、斜面図上での処理は、斜面ビュー座
標系からベース座標系への座標変換式（２）によって、
斜面上の座標系によって記述された基準点座標に対応す
る点の座標値を、３次元空間上の座標系によって記述さ
れた座標値（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）に変換した後、この座
標値（ｘｐ、ｙｐ、ｚｐ）を、上記の基準点座標値（ｘ
０、ｙ０、ｚ０）の算出式に代入して、基準点座標値を
算出する。

【００５４】次に、座標変換処理部２５では、回転変換
マトリックス生成部１５によって生成された回転変換マ
トリックスを用いて回転処理を行うと共に基準点座標生
成部２４によって生成された基準点座標値（ｘ０、ｙ
０、ｚ０）を用いて平行移動処理を行うことによって、
基本制御パスデータを３次元空間上の座標系へ座標変換
して、３次元空間上における３次元測定機の測定動作形
態を示す測定機制御パスデータを生成する。

【００５５】基本制御パスデータの座標を（ｘ、ｙ、
ｚ）、測定機制御パスデータの座標を（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と
すると、座標変換処理部２５における座標変換式は次の
ように表される。

【００５６】

【数８】

【００５７】また、座標変換処理部２５は、測定機制御
パスデータによる制御パスを、図１２に示すように、２
次元の各図面上へ投影して、ＣＲＴディスプレイ４によ
って表示すると共に、測定機制御パスデータを計算機メ
モリ３に登録する。

【００５８】図１６は、斜面上の測定対象物７１に対す
る測定機制御パスデータによる制御パス７２のイメージ
を示したものである。

【００５９】このようにして生成された測定機制御パス
データは、測定対象物の測定の際に３次元測定機に送ら
れ、測定機制御パスデータに基づいて３次元測定機が自
動運転される。

【００６０】以上説明したように、本実施例によれば、
測定対象物の２次元図形データを用いて、３次元空間上
における３次元測定機の測定動作形態を示す測定機制御
パスデータを生成して、オフラインで３次元測定機に対
する教示を行うようにしたので、３次元測定機に対する
教示作業を省力化することができると共に、実機を用い
ずに教示を行うことができるので３次元測定機の稼働率
を向上することができる。また、各種機械部品はＣＡＤ
システム１によって２次元モデルで詳細設計されること
が多いが、本実施例では、２次元モデルを前もって３次
元モデル化する必要がないので、ＣＡＤシステム１上の
２次元図形データをそのまま教示に利用することができ
る。

【００６１】また、本実施例では、斜面ビュー座標系設
定部１２において、斜面上に、斜面専用の斜面ビュー座
標系を設定すると共に、斜面座標系変換成分取得部１４
において、斜面ビュー座標系における斜面に平行な２軸
に対応するベース座標系における２つのベクトル３３、
３４を取得し、この２つのベクトル３３、３４を、ベク
トル３３、３４に対応する線分の図形データ中の画層名
として格納されている図面名に応じて３次元化し、この
３次元化された２つのベクトルから斜面法線ベクトルを
生成することによって、斜面に平行な２つの軸と斜面法
線方向の軸の各軸についての単位方向ベクトルを取得
し、これらの単位方向ベクトルに基づいて、回転変換マ
トリックスの要素を生成するようにしたので、オペレー
ションとしては、単に、ベース座標系上において、斜面
ビュー座標系のビュー１軸、２軸３１、３２に対応する
ベクトル３３、３４を指示するだけで、容易に斜面につ
いても回転変換マトリックスを生成することができる。

【００６２】また、本実施例では、斜面ビュー座標系設
定部１２において斜面ビュー座標系における斜面に平行
な２軸に対応するベース座標系における２つのベクトル
３３、３４を指示する場合、ベース座標系が設定された
平面図面上において、オペレータによって斜面ビュー座
標系における斜面に平行な２軸に対応する２つの線分が
指示されると、斜面ビュー座標系設定部１２は、各線分
の図形データを取得し、この図形データ中の図形諸元と
して格納されている始点と終点の２つの端点座標の情報
を用いて、線分の指示位置と線分の両端点座標を比較し
て、指示位置に近い方の端点をベクトル始点とした２つ
のベクトル３３、３４を生成する。また、斜面座標系変
換成分取得部１４は、斜面ビュー座標系設定部１２にお
いて指示された線分の図形データを取得し、この図形デ
ータ中の画層名として格納されている図面名に応じて、
斜面ビュー座標系設定部１２によって生成された２つの
ベクトル３３、３４を３次元する。このように、斜面ビ
ュー座標系設定部１２と斜面座標系変換成分取得部１４
が、ＣＡＤシステム１上の平面図面上において指示され
た線分に付随した図形諸元や画層名を含む図形データを
取得することにより、ベクトル３３、３４の取得とその
３次元化を容易に行うことができる。

【００６３】更に、本実施例では、測定機制御パスデー
タを生成する際に必要な基準点座標の生成の際に、斜面
ビュー座標系から３次元空間上のベース座標系への座標
変換を行うようにしたので、斜面上の測定対象物に対し
ても容易に測定機制御パスデータを生成することができ
る。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の３次
元測定機用オフライン教示装置によれば、基本制御パス
データ生成手段によって、測定対象物の２次元図形デー
タに基づいて、測定対象物上の座標系によって記述され
た３次元測定機の測定動作形態を示す基本制御パスデー
タを生成する一方、ベース座標系設定手段によって、測
定対象物の２次元図形データに基づいて、測定対象物の
斜面を除く各平面上に、３次元空間上の座標系であるベ
ース座標系を設定し、このベース座標系が設定された各
平面毎に、ベース座標系変換成分取得手段によって、平
面に平行な２つの軸と面法線方向の軸の各軸についての
単位方向ベクトルを取得し、また、斜面ビュー座標系設
定手段によって、測定対象物の２次元図形データに基づ
いて、測定対象物の斜面上に斜面専用の座標系である斜
面ビュー座標系を設定し、斜面座標系変換成分取得手段
によって、斜面ビュー座標系における斜面に平行な２軸
に対応するベース座標系における２つのベクトルを取得
し、この２つのベクトルを３次元化し、この３次元化さ
れた２つのベクトルから斜面法線ベクトルを生成するこ
とによって、斜面に平行な２つの軸と斜面法線方向の軸
の各軸についての単位方向ベクトルを取得し、更に、ベ
ース座標系変換成分取得手段と斜面座標系変換成分取得
手段によって取得された各軸についての単位方向ベクト
ルに基づいて、変換マトリックス生成手段によって、測
定対象物を表す各図面毎に、基本制御パスデータ生成手
段によって生成された基本制御パスデータを３次元空間
上の座標系へ座標変換する際の回転処理を行うための回
転変換マトリックスを生成し、基準点座標生成手段によ
って、測定対象物の２次元図形データと回転変換マトリ
ックス生成手段によって生成された回転変換マトリック
スとに基づいて、基本制御パスデータにおける原点に対
応する３次元空間上の座標系における点の座標である基
準点座標を生成し、座標変換手段によって、回転変換マ
トリックス生成手段によって生成された回転変換マトリ
ックスを用いて回転処理を行うと共に基準点座標生成手
段によって生成された基準点座標を用いて平行移動処理
を行うことによって、基本制御パスデータを３次元空間
上の座標系へ座標変換して、３次元空間上における３次
元測定機の測定動作形態を示す測定機制御パスデータを
生成して、オフラインで３次元測定機に対する教示を行
うようにしたので、測定対象物の２次元図形データを利
用して、斜面上に存在する測定対象物に対しても容易に
測定機制御パスデータを生成することができ、３次元測
定機に対する教示作業を省力化することができると共
に、実機を用いずに教示を行うことができるので３次元
測定機の稼働率を向上することができるという効果があ
る。

【００６５】また、請求項２記載の３次元測定機用オフ
ライン教示装置によれば、斜面ビュー座標系設定手段が
斜面ビュー座標系における斜面に平行な２軸に対応する
ベース座標系における２つのベクトルを生成する際と、
斜面座標系変換成分取得手段が斜面ビュー座標系設定手
段によって生成された２つのベクトルを３次元する際
に、ベース座標系が設定された平面上において指示され
た線分に付随した図形諸元や画層名を含む図形データを
取得するようにしたので、上記効果に加え、斜面ビュー
座標系における斜面に平行な２軸に対応するベース座標
系における２つのベクトルの取得と、その３次元化を容
易に行うことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る３次元測定機用オフラ
イン教示装置の構成を表すブロック図である。

【図２】図１におけるベース座標系設定部の動作を説明
するための説明図である。

【図３】図１における斜面ビュー座標系設定部の動作を
説明するための説明図である。

【図４】図１におけるベース座標系変換成分取得部の動
作を説明するための説明図である。

【図５】図１におけるベース座標系変換成分取得部が取
得する単位方向ベクトルの既定値を示す説明図である。

【図６】図１における斜面座標系変換成分取得部の動作
を説明するための説明図である。

【図７】図１における斜面座標系変換成分取得部の動作
を説明するための説明図である。

【図８】図１における斜面座標系変換成分取得部で取得
したデータを基にして斜面ビュー座標系からベース座標
系へ座標変換する様子を示す説明図である。

【図９】図１における斜面座標系変換成分取得部の動作
を説明するための説明図である。

【図１０】図１における図形データ取得部が取得する図
形データの構造を示す説明図である。

【図１１】図１における基本制御パスデータ生成部が生
成する基本制御パスデータを示す説明図である。

【図１２】図１における基本制御パスデータ生成部が生
成する基本制御パスデータに対応した基本制御パスを示
す説明図である。

【図１３】本発明の一実施例に係る３次元測定機用オフ
ライン教示装置が適用される３次元測定機の測定内容を
示す説明図である。

【図１４】図１における基準点座標生成部の動作を説明
するための説明図である。

【図１５】図１における基準点座標生成部の動作を説明
するための説明図である。

【図１６】本発明の一実施例に係る３次元測定機用オフ
ライン教示装置によって生成した測定機制御パスデータ
による制御パスのイメージを示す説明図である。

【符号の説明】

１ＣＡＤシステム２計算機３計算機メモリ４ＣＲＴディスプレイ１０座標系設定部１１ベース座標系設定部１２斜面ビュー座標系設定部１３ベース座標系変換成分取得部１４斜面座標系変換成分取得部１５座標変換マトリックス生成部２０座標系変換処理部２１測定指示部２２図形データ取得部２３基本制御パスデータ生成部２４基準点座標生成部２５座標変換処理部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象物の２次元図形データに基づい
て、測定対象物上の座標系によって記述された３次元測
定機の測定動作形態を示す基本制御パスデータを生成す
る基本制御パスデータ生成手段と、測定対象物の２次元図形データに基づいて、測定対象物
の斜面を除く各平面上に、３次元空間上の座標系である
ベース座標系を設定するためのベース座標系設定手段
と、このベース座標系設定手段においてベース座標系が設定
された各平面毎に、平面に平行な２つの軸と面法線方向
の軸の各軸についての単位方向ベクトルを取得するベー
ス座標系変換成分取得手段と、測定対象物の２次元図形データに基づいて、測定対象物
の斜面上に斜面専用の座標系である斜面ビュー座標系を
設定すると共に、この斜面ビュー座標系における斜面に
平行な２軸に対応するベース座標系における２つのベク
トルを指示するための斜面ビュー座標系設定手段と、この斜面ビュー座標系設定手段において指示された斜面
ビュー座標系における斜面に平行な２軸に対応するベー
ス座標系における２つのベクトルを取得し、この２つの
ベクトルを３次元化し、この３次元化された２つのベク
トルから斜面法線ベクトルを生成して、斜面に平行な２
つの軸と斜面法線方向の軸の各軸についての単位方向ベ
クトルを取得する斜面座標系変換成分取得手段と、前記ベース座標系変換成分取得手段と前記斜面座標系変
換成分取得手段によって取得された各軸についての単位
方向ベクトルに基づいて、測定対象物を表す各図面毎
に、前記基本制御パスデータ生成手段によって生成され
た基本制御パスデータを３次元空間上の座標系へ座標変
換する際の回転処理を行うための回転変換マトリックス
を生成する変換マトリックス生成手段と、測定対象物の２次元図形データと前記回転変換マトリッ
クス生成手段によって生成された回転変換マトリックス
とに基づいて、前記基本制御パスデータにおける原点に
対応する３次元空間上の座標系における点の座標である
基準点座標を生成する基準点座標生成手段と、前記回転変換マトリックス生成手段によって生成された
回転変換マトリックスを用いて回転処理を行うと共に前
記基準点座標生成手段によって生成された基準点座標を
用いて平行移動処理を行うことによって、前記基本制御
パスデータを３次元空間上の座標系へ座標変換して、３
次元空間上における３次元測定機の測定動作形態を示す
測定機制御パスデータを生成する座標変換手段とを具備
することを特徴とする３次元測定機用オフライン教示装
置。
【請求項２】前記斜面ビュー座標系設定手段は、ベー
ス座標系が設定された平面上において、斜面ビュー座標
系における斜面に平行な２軸に対応する２つの線分が指
示されると、各線分の図形データを取得し、この図形デ
ータ中の図形諸元として格納されている始点と終点の各
端点座標の情報を用いて、斜面ビュー座標系における斜
面に平行な２軸に対応するベース座標系における２つの
ベクトルを生成し、前記斜面座標系変換成分取得手段
は、前記斜面ビュー座標系設定手段によって生成された
２つのベクトルに対応する各線分の図形データを取得
し、この図形データ中の画層名として格納されている図
面名に応じて、前記斜面ビュー座標系設定手段によって
生成された２つのベクトルを３次元化することを特徴と
する請求項１記載の３次元測定機用オフライン教示装
置。