JPH11110024A - ３次元形状測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少ない労力で自動的に板の角部の形状を測定
することができるようにする。 【解決手段】 プローブを動かすための始点、終点の座
標に基づいて基準点をサーチし、基準点がみつかったら
Ａ１，Ａ２，Ａ３の３点からＡ面の法線ベクトルＤＩＲ
Ａを求める。また、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３の３点からＢ面の
法線ベクトルＤＩＲＣ求める。つぎに、基準点を中心に
Ｂ面上のＢ４，Ｂ５の２点から稜線の方向ベクトルＤＩ
ＲＢを算出する。つぎに、プローブを一定量ＤＩＲＢ方
向に移動してつぎの基準点を座標を求める。このような
作業を繰り返して、求められた基準点を連ねて稜線を求
める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元形状測定方
法に係り、特に、板の角部分の形状を自動的に測定でき
るようにした３次元形状測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、部品の形状を測定するために
３次元形状測定装置を用いている。この部品の形状の測
定の内、板の角部の測定は、概略次のような手順で行わ
れている。

【０００３】まず、測定しようとする部品のＣＡＤデー
タを用いて全ての測定点の座標を算出し、この算出した
座標に基づいてプローブの動きに関するプログラムを作
成する。

【０００４】この作業が終わったら、プログラムにした
がってプローブを測定点まで移動させ、Ａ面について図
７に示すような２点を、次に、Ｂ面について同じように
２点を測定し、それぞれの面について面の向きを示す法
線ベクトルを算出すると共に、測定した２点を結んで直
線を作成し、この両直線の交点を角部の座標とする。

【０００５】このような操作を一定のピッチで行うと、
一定の間隔で角部の座標が求まるので、これから測定部
品の角部の実際のプロフィールを求めることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の３次元形状測定方法では、測定したい全ての
測定点の座標をＣＡＤ上で算出しなければならず、ま
た、それらの測定点にプローブを動かすための軌跡をプ
ログラムする必要があるので、測定点を算出するための
ＣＡＤ操作やプローブの軌跡のプログラミングには膨大
な工数が必要となる。

【０００７】たとえば、複雑な形状の部品の角部のプロ
フィールを測定する場合には、数百点という膨大な点の
測定をすることが必要になるが、このために必要な測定
点の座標の算出や、プローブの動作プログラムの作成に
要する時間は計り知れない。

【０００８】本発明は、このような従来の問題点を解消
するためになされたものであり、測定に必要な最低限の
座標の設定や各測定点に共通するプローブの動作プログ
ラムを用意するのみで、自動的に板の角部の形状を測定
することができるようにした３次元形状測定方法の提供
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は以下のように構成される。請求項１に記載の
発明は、ワークの角部の稜線上の始点座標、終点座標、
基準点の測定間隔を入力する段階と、当該入力された始
点座標から終点座標まで、測定間隔毎にプローブを動か
してそれぞれの基準点の実座標を測定する段階と、測定
されたぞれぞれの基準点の実座標を通る曲線を算出して
前記角部の形状を求める段階とからなることを特徴とす
る３次元形状測定方法である。

【００１０】請求項２に記載の発明は、ワークの角部の
稜線上の始点座標、終点座標、基準点の測定間隔を入力
する第１段階と、プローブを当該始点座標の近くまで移
動させて、当該角部の基準点をサーチする第２段階と、
当該基準点を共有する２つの面のそれぞれの法線ベクト
ルＤＩＲＡ及びＤＩＲＣを求める第３段階と、当該２つ
の面のいずれかの面に位置する一点の座標を測定する第
４段階と、当該測定した一方の面の面上に位置する一点
を当該面の法線ベクトルに対して直角方向に他方の面に
向けて移動させ、他方の面との交点を基準点の実座標と
して登録する第５段階と、前記プローブを終点座標まで
測定間隔毎に動かして第２段階から第５段階の処理を
し、測定されたぞれぞれの基準点の実座標を通る曲線を
算出して前記角部の形状を求める第６段階とからなるこ
とを特徴とする３次元形状測定方法である。

【００１１】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の３次元形状測定方法において、前記第２段階以降のい
ずれかの段階の間に、前記基準点を基準として、前記基
準点が含まれる一方の面の前記角部の稜線に沿って前後
方向に位置する２点の座標を測定する段階と、当該２点
の座標から、前記基準点の稜線方向のベクトルＤＩＲＢ
を求める段階と、前記プローブをＤＩＲＣ方向に一定量
移動させる段階と、前記プローブをＤＩＲＢ方向に測定
間隔だけ移動させる段階と、前記プローブを−ＤＩＲＣ
方向に移動させる段階とを含み、前記プローブにより自
動的に次の基準点の測定を行えるようにしたことを特徴
とする３次元形状測定方法である。

【００１２】請求項４に記載の発明は、請求項２に記載
の３次元形状測定方法において、前記第１段階では、一
方の面の法線ベクトルＤＩＲＣがさらに入力され、前記
第２段階で行われる前記基準点のサーチは、当該法線ベ
クトルＤＩＲＣとプローブの移動方向とで形成される角
度が９０度よりも大きくなるような移動方向から行うよ
うにしたことを特徴とする３次元形状測定方法である。

【００１３】請求項５に記載の発明は、請求項２に記載
の３次元形状測定方法において、前記基準点を共有する
２つの面のそれぞれの法線ベクトルＤＩＲＡ及びＤＩＲ
Ｃを求める第３段階は、前記基準点から一定距離離れた
三角形を形成する３点の座標をそれぞれの面について求
める段階を含むことを特徴とする３次元形状測定方法で
ある。

【００１４】

【発明の効果】以上のように構成された本発明は、次の
ような効果を奏する。請求項１に記載の発明によれば、
ワークの角部の稜線上の始点座標、終点座標、基準点の
測定間隔を入力することで、プローブの動きを制御でき
るようにしたので、測定をするためのプローブの移動軌
跡を予め設定する必要がなくなり、測定に関する工数が
著しく削減できる。

【００１５】請求項２から請求項５に記載の発明によれ
ば、それぞれの面の法線ベクトルと稜線方向のベクトル
を求め、プローブがワークに干渉しないで動けるように
し、また、基準点も正確にサーチできるようにしている
ので、始点座標から終点座標まで、指定された測定間隔
で測定点の座標の自動測定が可能となる。

【００１６】また、この自動測定は、始点座標、終点座
標、測定間隔などといった必要最小限のデータを与える
だけで実現可能であり、プローブを動かすプログラムも
基本的なもので十分であるので、測定前のデータ入力作
業やプログラム作成作業の工数を著しく削減することが
できるようになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の３次元
形状測定方法を実施する装置の概略構成図である。

【００１８】プローブ１０は、ワークの表面に接触させ
て、各部の座標を入力するために用いられる。このプロ
ーブ１０は、プローブ駆動部１５によって動かされる。
また、プローブの接触位置の座標は、座標測定部２０に
よって測定される。測定動作制御部３０は、内蔵されて
いる記憶装置に記憶されている各種のデータやプログラ
ムにしたがってプローブ駆動部１５の動作を制御した
り、座標測定部２０によって測定された座標を記憶した
りする。また、測定された全ての基準点の座標からワー
クの角部の形状を算出する機能をも有している。

【００１９】次に、図２及び図３のフローチャートに基
づいて本発明の３次元形状測定方法を説明する。なお、
説明に際しては、理解を容易にするために、図４から図
６を適宜参照しながら説明する。

【００２０】まず、測定をする前に入力変数を設定す
る。この入力変数としては、具体的に次のようなものを
入力することになる。 測定開始点である始点座標 測定終了点である終点座標 始点座標でのＡ面の法線ベクトルＤＩＲＡ 始点座標でのＢ面の法線ベクトルＤＩＲＣ 始点におけるＡ面の三点座標（正確なＤＩＲＡを求
めるため） 始点におけるＢ面の三点座標（正確なＤＩＲＣを求
めるため） ＤＩＲＢを求めるための基準点からの前後の距離Ｄ
ＳＴ プローブの走査角度 測定間隔（ＳＴＥＰ）、ＤＩＲＣ方向の逃げ距離Ｈ
ＥＩＴ、基準点のサーチ間隔（ＤＳＴ） 以上のデータは、測定対象であるワークのＣＡＤデータ
から作成する。つまり、作業者がＣＡＤを操作しなが
ら、概略の値をキーボード等の入力装置を介して入力す
るのである（Ｓ１）。

【００２１】この入力が終わると、測定動作制御部３０
はプローブ駆動部１５を動作させ、プローブ１０を始点
座標の近くまで移動させる。そして、この始点位置の近
辺に基準点があるかどうかのサーチをすることになる。
この基準点のサーチは概略図５及び図６の注意書き１に
示すようにして行われる。

【００２２】プローブ１０は、図に示すように斜め方向
に移動しながら一定間隔（ＤＳＴ）をおいて基準点をサ
ーチする。この斜め方向の移動角度は、Ｂ面の法線方向
のベクトルＤＩＲＣとプローブ１０の移動方向とで形成
される角度θが９０度よりも大きくなるような角度とさ
れる。なお、この演算に用いられるＢ面の法線方向のベ
クトルＤＩＲＣは、Ｓ１のステップで入力された値が用
いられる。

【００２３】プローブ１０をこのような角度で移動させ
るのは、確実にＡ面とＢ面の稜線上にある基準点をみつ
けることができるようにするためである。もし、この角
度θがたとえば４０度というような角度であったとする
と、Ａ面とＢ面の曲がりの角度が小さいほど基準点をみ
つけることが難しくなるからである（Ｓ２）。

【００２４】以上のようにサーチをして基準点がみつか
れば、Ｓ１のステップで予め入力している始点における
Ａ面の三点座標（図４のＡ１〜Ａ３）と始点におけるＢ
面の三点座標（図４のＢ１〜Ｂ３）にしたがってプロー
ブを移動させ、Ａ面の法線ベクトルＤＩＲＡ、Ｂ面の法
線ベクトルＤＩＲＣを算出する。なお、プローブ１０の
動きは、図６の注意書き２，３に示すようになる（Ｓ３
〜Ｓ５）。一方、基準点がみつからなければ、これ以上
の処理をすることができないので、処理を終了する。

【００２５】つぎに、この基準点を中心として、この基
準点が含まれるＢ面の前記角部の稜線に沿って前後方向
に位置する２点の座標（ＤＩＲＢを求めるための基準点
からの前後の距離ＤＳＴにしたがって算出された点、た
とえば図４のＢ４、Ｂ５）を測定する。この２点の座標
がみつかれば、この２点の座標を記憶させる。なお、こ
れらの点がみつからなければ、これ以上の処理をするこ
とができないので、処理を終了する（Ｓ６〜Ｓ８）。

【００２６】次に、記憶した両端点Ｂ４、Ｂ５の座標か
らＢ面における稜線の方向ベクトルＤＩＲＢを算出する
（Ｓ９）。以上までの処理で、Ａ面の法線方向ベクトル
ＤＩＲＡ、Ｂ面の法線方向ベクトルＤＩＲＣ、稜線の方
向ベクトルＤＩＲＢが求められたので、今度は、プロー
ブ１０をＡ面に垂直に下ろしてＡ面の正確な位置を測定
する。なお、具体的なプローブ１０の動きは、図６の注
意書き４に示すようになる（Ｓ１０）。

【００２７】そして、プローブを移動させてＢ面の一点
Ｂ１の座標を再度測定し（Ｓ１１）、Ｂ面の法線方向と
直角に稜線方向にＡ面に位置されるまで移動させる。つ
まり、点Ｂ１をＢ面上に沿ってＡ面まで移動させるので
ある。この処理によってＡ面とＢ面の交点である稜線上
の座標が算出される。なお、具体的なプローブ１０の動
きは、図６の注意書き５に示すようになる（Ｓ１２）。

【００２８】以上のステップＳ２からステップＳ１２ま
での処理を終点まで測定間隔毎にプローブ１０を移動さ
せて繰り返すのであるが、その際のプローブ１０の動き
は、次のようになる。

【００２９】測定点の座標が算出されると、プローブ１
０を図４のＤＩＲＣ方向に動かす。すなわち、プローブ
１０をＢ面から所定距離（ＤＩＲＣ方向の逃げ距離ＨＥ
ＩＴ量）遠ざける方向に動かす（Ｓ１５）。次に、プロ
ーブ１０をＤＩＲＢ方向に測定間隔（ＳＴＥＰ）だけ移
動し（Ｓ１６）、ＤＩＲＣと反対の方向に移動させてＢ
面に突き当たるかどうかを判断する（Ｓ１７）。

【００３０】このようなプローブ１０の移動ができなけ
れば、プローブ１０のＤＩＲＢ方向の移動を測定間隔の
半分にして移動させてみる。これでも移動できなけれ
ば、さらにこの半分だけ移動させるという操作を行う。
このような操作をしてＢ面につき当てることができれ
ば、その点を基準点として登録する。そして、次の基準
点に対して稜線上の座標を算出する（Ｓ１８，Ｓ１
９）。一方、測定点と終点との距離が測定間隔（ＳＴＥ
Ｐ）以下となったら、その終点を測定点として最後の測
定をする．なお、Ｓ１５からＳ１９のステップにおける
プローブ１０の動きは、図６に示す通りである。なお、
具体的なプローブ１０の動きは、図６の注意書き６に示
すようになる（Ｓ１３、Ｓ１４）。このようにして、始
点から終点までの間で測定した各基準点の座標に基づい
て、測定動作制御部はＡ面とＢ面の交点である稜線を演
算する。

【００３１】本発明では、予め最小限の変数を設定して
おき、決められた動きにしたがってプローブを動かすよ
うにしているので、従来のように、プローブを動かすた
めの全ての座標を予めＣＡＤ上で求めるなどの必要がな
くなり、プローブの通過点を入力する作業を著しく少な
くすることができるができる。また、プローブを動かす
ためのプログラムも従来のプログラムに比較して単純化
することができるので、プログラムの作成に多くの時間
が必要ではなくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明方法を実施する装置の概略構成図であ
る。

【図２】 本発明方法の手順を示すフローチャートであ
る。

【図３】 本発明方法の手順を示すフローチャートであ
る。

【図４】 本発明方法の説明図である。

【図５】 本発明方法の説明図である。

【図６】 本発明方法の説明図である。

【図７】 従来の３次元測定方法を示す図である。

【符号の説明】

１０…プローブ、 １５…プローブ駆動部、 ２０…座標測定部、 ３０…測定動作制御部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークの角部の稜線上の始点座標、終点
   座標、基準点の測定間隔を入力する段階と、 当該入力された始点座標から終点座標まで、測定間隔毎
   にプローブを動かしてそれぞれの基準点の実座標を測定
   する段階と、 測定されたぞれぞれの基準点の実座標を通る曲線を算出
   して前記角部の形状を求める段階とからなることを特徴
   とする３次元形状測定方法。
2. 【請求項２】 ワークの角部の稜線上の始点座標、終点
   座標、基準点の測定間隔を入力する第１段階と、 プローブを当該始点座標の近くまで移動させて、当該角
   部の基準点をサーチする第２段階と、 当該基準点を共有する２つの面のそれぞれの法線ベクト
   ルＤＩＲＡ及びＤＩＲＣを求める第３段階と、 当該２つの面のいずれかの面に位置する一点の座標を測
   定する第４段階と、 当該測定した一方の面の面上に位置する一点を当該面の
   法線ベクトルに対して直角方向に他方の面に向けて移動
   させ、他方の面との交点を基準点の実座標として登録す
   る第５段階と、 前記プローブを終点座標まで測定間隔毎に動かして第２
   段階から第５段階の処理をし、測定されたぞれぞれの基
   準点の実座標を通る曲線を算出して前記角部の形状を求
   める第６段階とからなることを特徴とする３次元形状測
   定方法。
3. 【請求項３】前記第２段階以降のいずれかの段階の間
   に、 前記基準点を基準として、前記基準点が含まれる一方の
   面の前記角部の稜線に沿って前後方向に位置する２点の
   座標を測定する段階と、 当該２点の座標から、前記基準点の稜線方向のベクトル
   ＤＩＲＢを求める段階と、 前記プローブをＤＩＲＣ方向に一定量移動させる段階
   と、 前記プローブをＤＩＲＢ方向に測定間隔だけ移動させる
   段階と、 前記プローブを−ＤＩＲＣ方向に移動させる段階とを含
   み、 前記プローブにより自動的に次の基準点の測定を行える
   ようにしたことを特徴とする請求項２に記載の３次元形
   状測定方法。
4. 【請求項４】 前記第１段階では、一方の面の法線ベク
   トルＤＩＲＣがさらに入力され、 前記第２段階で行われる前記基準点のサーチは、当該法
   線ベクトルＤＩＲＣとプローブの移動方向とで形成され
   る角度が９０度よりも大きくなるような移動方向から行
   うようにしたことを特徴とする請求項２に記載の３次元
   形状測定方法。
5. 【請求項５】 前記基準点を共有する２つの面のそれぞ
   れの法線ベクトルＤＩＲＡ及びＤＩＲＣを求める第３段
   階は、 前記基準点から一定距離離れた三角形を形成する３点の
   座標をそれぞれの面について求める段階を含むことを特
   徴とする請求項２に記載の３次元形状測定方法。