JPS584962B2 - 一つの形状に対しあるオフセット量を有する仮想形状の測定方法及びその測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は一つの立体形状に対し任意のオフセット量を
有する仮想形状を数値的に求める測定法及びその測定装
置に関する。

一対の金型の形状、例えばオス型の形状とそれに対応す
るメス型の形状を測定する場合や、放電加工に用いる一
対の電極形状の測定の場合に、それらの間のクリアラン
スとして一つのオフセット量を考え、一方の形状にオフ
セット量を加えたものが他方の形状と正しく一致するか
どうかを知る必要がある。

ところで、一つの立体形状を数値的に測定し、その測定
値に基いて上記形状に対しあるオフセット量を有する形
状（以下仮想形状と称する）を測定しようとする際に、
従来技術ではもとの形状が２次元形状の場合はそれほど
問題はないが、もとの形状が３次元形状を含む複雑な形
状の場合はもとの形状そのものを完全に精度よく測定す
ることに問題があり、まして、それを基とする仮想形状
の測定は殆んど不可能とされていた。

本願発明者はさきに、測定ヘッドに自由支持された測定
子を使用し、その球部による接触点がつねに測定子の仮
想中心となるように球部を変位させて上記測定子を移動
することにより、複雑な形状を全く誤差なく測定する方
法を提案（特願昭４８−１８５４１：特開昭４９−１０
７５５８）した。

この発明はこの技術をさらに一歩進めて、上記測定法に
より得られる測定ヘッドと球部との相対変位ベクトル値
をオフセット量を与える場合の修正量として利用するこ
とに着目して前記問題を解決したものである。

この発明の一つの目的はいかなる複雑な形状に対しても
それと任意のオフセット量をもつ仮想形状を精度よく数
値的に測定する方法の提供にあり他の目的は上記測定法
に専ら使用する測定装置の提供にある。

この発明の一つの構成は、一つの形状表面に測定子を接
触させてその表面に対しあるオフセット量を有する仮想
形状を数値的に求める方法において、測定ヘッドに自由
支持され先端に球部を有する測定子を測定ヘッドと一つ
の表面との相対移動によりその球部でその表面に接触さ
せ、測定ヘッドと球部との相対変位のベクトル値εの絶
対値が球部の半径ｒと等しくなったときの前記相対移動
のベクトル値Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の各成分をその接触点の
座標直として求め、上記ベクトル値εとオフセット量ｆ
／設定値ε。

とを積算して得たオフセットベクトルＦのＸ、Ｙ、Ｚ軸
方向の各成分を上記接触点の座標値にそれぞれ加算して
得た座標値を前記仮想形状のある一点とすることを特徴
とするものである。

この発明は他の一つの構成は、一つの形状に対しあるオ
フセット量を有する仮想形状の測定装置において、測定
ヘッドに対し求心作用をもって自由支持された先端に球
部を有する測定子と、測定ヘッドと上記球部との相対変
位のベクトル値εの絶対値が前記球部の半径と等しい値
になるように測定ヘッドを被測定装置との相対移動を行
わせるサーボ系と、上記ベクトル値εとオフセット量り
設定値ε。

とを積算して得たオフセットベクトルＦのｘ、ｙ、ｚ軸
方向の各成分上記相対移動のベクトル値のＸ、Ｙ、Ｚ軸
方向の各成分にそれぞれ加算する演算系とを具備するこ
とを特徴とする。

以下実施例にそって本発明を具体的に説明する。

第１図においてテーブル上に載置された被測定物と測定
ヘッドとは、三次元方向に相対移動可能であり、またそ
の相対移動のベクトル値のＸ、Ｙ。

Ｚ軸方向の各成分の長さを読取ることができる囲路の移
動量測定器（例えばＸ、Ｙ、Ｚの各軸に設けた位置読取
スケール）を有する。

まず、Ｘ、Ｙ方向の座標が固定され、Ｚ方向のみに移動
する測定ヘッドにより先端に半径ｒの球部２を有する測
定子１を、上記球部で被測定物上の一つの曲面Ｓｏに接
触させ、この曲面Ｓ。

に対しあるオフセット量ｆを有する仮想曲面Ｓを測定し
ようとする場合について説明する。

ここで測定子１は図示されない測定ヘッドに対して水土
作用をもって三次元方向に自由に変位できるように支持
される機構を有するものを使用する。

したがって測定子１が曲面Ｓ。に接触すると測定子１と
測定ヘッドとの相対変位は必ずその接触点の法線方向に
発生する。

上記測定子を軸Ｚにそって曲面Ｓ。

に対し移動することにより、球部２（中心Ｍ）が曲面Ｓ
。

上の点Ｑで接触する。

ここに曲面Ｓ。と軸Ｚとは直交していないために点Ｑは
軸Ｚを通るＳ。

上の点Ｐｏとは一致しない。

測定子１は前述したように測定ヘッドに対して自由に変
位し得るから、測定ヘッドのその後の移動によって測定
子１の球部２が曲面Ｓ。

に接触を保った状態で同図の測定子３、球部４で示す位
置に変位する。

この球部の変位は測定ヘッドの仮想中心Ｍが軸２にそっ
て下降変位した球部の各中心とを結ぶ変位ベクトル群ε
１、ε２・・・・・・であられされ、その変位ベクトル
εが球体の半径ｒと等しくなったとき、そのときの球部
の中心点Ｎは軸Ｚが通る曲面Ｓ。

に立てた点Ｐ。上の法線上にある。

一方、曲面Ｓ。

に対しオフセット量ｆを有する仮想曲面Ｓの上の上記Ｐ
。

どの対応点は、Ｐｏを通る法線、すなわち、ＰｏＮの方
向にあり、オフセット量ｆだけＰ。

から隔てた点Ｐとして求められる。

したがって、ε−ｒの時点で測定ヘッドと曲面Ｓｏどの
相対移動のベクトル値Ｘ、Ｙ、Ｚ軸方向の各成分を前記
移動量測定器でを上記接触点Ｐ。

の座標値（ｘ□、ｙＯ，ｚｏ）として測定するとともに
、上記変位ベクトルεを前記測定ヘッドで同時に測定し
て、このεとオフセント量ｆとの相乗値としてのオフセ
ットベクトルＦ（−Ｐ。

Ｐ）を求める。このベクトルＦのＸＹＺ方向の成分ＦＸ
、Ｆｙ、Ｆｚを前記座標値Ｘ。

ＮＶｏ、Ｚｏにそれぞれ加えた値（ＸＯ＋ＦＸ、Ｙｏ＋
Ｆｙ、ＺＯ＋Ｆｚ）がＰの座標値（Ｘ、ｙ、ｚ）として
求められる。

第２図は前記測定ヘッドと球部を使用して、一つの形状
に対し任意のオフセット量ｆを有する仮想形状の測定を
行なう場合に使用する測定装置において、測定ヘッドと
球部との相対変位ベクトル値εが、前記球部の半径ｒと
等しい値となるように測定ヘッドと一つの形状表面を有
する被測定物を載置したテーブルとの相対移動を行わせ
て上記形状の座標値を求めるサーボ系■と、上記変位ベ
クトル値εを取出してこれにオフセット量を掛は合せる
と共にその値を前記座標値に加算する演算系■とから成
る測定回路をブロック線図により示すものである。

すなわち、一つの破線ブロックで囲むサーボ系Ｉはまず
、設定値ε。

（−ｒ）を制御部５に入力し、モータ６を駆動し、測定
ヘッド７を移動させる。

同時に測定ヘッドに対する球部の変位ε（εえ、このε
を制御部５に帰還することにより、測定ヘッド７と球部
との相対変位が設定値ε。

（−ｒ）になるようにサーボコントロールする。

そしてこのときのＰ。

の座標値ｘＱ、ｙｏ、ＺｏをＸ、Ｙ、Ｚの各軸に設けら
れた移動量測定器（回路）によって得る。

一方、他の破線ブロックで囲む演算系■においては、オ
フセット量ｆを、Ｃ＝ｆ／ε。

の形で積算部８に入力し、測定ヘッド７から取出した相
対変位ベクトルε（εえ、ε９、εＺ）とＣとを積算入
力する。

また前記ε。

−ｒのときのＰ。の座標値Ｘ。、ｙｏ、ｚ□を加算部９
に入力し、前記ＦＸ、Ｆｙ、Ｆｚと下記のようにそれぞ
れ加算する。

Ｘ−Ｘｏ＋ＦＸ ｙ−ｙｏ＋Ｆｙ Ｚ＝ＺＯ＋Ｆ２ このようにして一つの曲面上の点Ｐ。

に対応する仮想曲面上のある点Ｐの座標値ｘ、ｙ、ｚが
数値的に求められる。

上記のような測定装置を使用することにより、測定子の
球部を一つの立体形状（曲面Ｓ。

）表面に接触させて得られる座標値とそのときの測定ヘ
ッドの変位ベクトル量とで求められる測定値群により、
誤差を全く含まない仮想形状（曲面Ｓ）が数値的に測定
される。

以上、実施例で説明したように本発明によれば下記のよ
うにその目的が達成できるとともにその諸効果が得られ
る。

（１）従来、測定ができないとされた一つの複雑な立体
形状に対し任意のオフセット量をもつ仮想形状の測定が
可能となった。

（２）上記測定においては、もとの立体形状に対する測
定で測定ヘッドの仮想中心を測定の座標値を得るための
接触点と一致させてもとの形状の誤差のない座標値を得
、この測定で得られた相対変位ベクトル値をオフセット
量を与える場合の修正量として用いることにより理論的
に全く誤差を含まない測定値が得られる。

（３）上記（２）より高精度の測定及び連続測定のでき
る測定装置が実現可能となった。

（４）測定装置においてサーボ系と演算系を組合せるこ
とにより自動測定が可能となった。

（５）クリアランスをもつ形状間の比較測定に広く利用
できる。

例えばオス型、メス型の合致性の測定、放電加工の場合
に放電ギャップを考慮して製品形状と対応する電極形状
の測定が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による測定法の原理説明図、第２図は本
発明による測定装置の要部のブロック線図である。 １・・・・・・測定子、２・・・・・・球部、３・・・
・・・変位後の測定子、４・・・・・・変位後の球部、
５・・・・・・制御部、６・・・・・・モータ、Ｉ・・
・・・・測定ヘッド、８・・・・・・積算部、９・・・
・・・加算部、Ｓｏ・・・・・・もとの曲面、Ｓ・・・
・・・仮想曲面、■・・・・・・制御系、■・・・・・
・演算系。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一つの形状表面に測定子を接触させてその表面に対
   しあるオフセット量を有する仮想形状を数値的に求める
   にあたって、測定ヘッドに自由支持され、先端に球部を
   有する測定子を測定ヘッドと一つの表面との相対移動に
   よりその球部でその表面に接触させ、測定ヘッドと球部
   との相対変位のベクトル値εの絶対値が球部の半径ｒと
   等しくなったときの前記相対移動のベクトル値のＸ、Ｙ
   、Ｚ軸方向の各成分をその接触点の座標値として求め、
   上記ベクトル値εとオフセット量ｆ／設定値ε０とを積
   算して得たオフセットベクトルＦのＸＹ、Ｚ軸方向の各
   成分を上記接触点の座標値にそれぞれ加算して得た座標
   値を前記仮想形状のある一点とすることを特徴とする一
   つの形状に対しであるオフセット量を有する仮想形状の
   測定法。 ２ 一つの形状に対しあるオフセット量を有する仮想形
   状の測定装置において、測定ヘッドに対し求心作用をも
   って自由支持された先端に球部を有する測定子と、測定
   ヘッドと上記球部との相対変位のベクトル値εの絶対値
   が前記球部の半径工と等しい値になるように測定ヘッド
   と被測定形状との相対移動を行わせるサーボ系と、上記
   ベクトル値εとオフセット量ｆ／設定値ε。 とを積算して得たオフセットベクトルＦのＸ、Ｙ、Ｚ軸
   方向の各成分を上記相対移動のベクトル値のＸ、Ｙ、Ｚ
   軸方向の各成分にそれぞれ加算する演算系とを具備する
   ことを特徴とする一つの形状に対しであるオフセット量
   を有する仮想形状の測定装置。