JPS60205311A - 三次元座標測定法 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は非接触式の三次元座標測定機における測定方法
に関するものである。

〔従来技術１ 従来この種の測定機としては、第１図に示す接触式の三
次元座標測定機があった。図において（１）は接触式セ
ンサー（２）はこの接触式センサ（１）に取付られてい
る接触式ポールプローブである。（３）は測定面である
。図中Ｓ、　、　Ｓ、　、　Ｓ、は直交８軸ｘ、ｙ。

Ｙのスライド機構を表わし、通常手動式の場合は例えば
空気軸受とその案内面構造からなり、電動式の場合には
ラックピニオン、サーボモータが追加された構成となる
。また図には示していないが、各直交座標軸には必らず
リニアスケールが装着されている。

次に測定方法について説明する。

手動または電動で接触式ポールプローブ（２）を測定面
（３）に所要圧力以上で押し当てると、その瞬間に接触
式センサー（１）から信号が発生し、そのときの直交８
軸のリニアスケールを読み取る。上記手順を繰り返して
多数点の測定を行う。測定データは計算機にファイリン
グしておき、この測定時の接触式ポールプローブ（２）
の姿勢を保った状態である基準点を測定し、例えばこの
基準点を原点とみなして、上記測定データを補正し、最
終のデータとする。あるいは、測定の最初に基準点を測
定しておき、それぞれの測定値を補正しながらファイル
リングする方法もとられている。

したがって、被測定物固有の座標系Ｚ　（ｘｙｚ）に従
って、例ばｘ−一定の断面をそれぞれ測定しようとする
場合は、被測定物固有の座標系２のｘｒＬＺ軸が測定機
の座標系ＺＭ（ＸＹＺ）のｘ、ｙ、ｚの軸と平行になる
ように設置した後Ｘ軸を固定してＹ。

Ｚ軸方向に移動させなければならなかった。両座標系の
平行度が測定精度に影響するために特に被測定物が大き
く、重い場合にはその設置に多くの時間を要する欠点が
あった。また、接触式ポールプローブ（２）を測定面（
３）に一定圧力以上で押し当てるために、測定面（３）
を傷つけるとか穴を明けるなどの欠点があり、測定速度
にも限界があり、多数点の測定の場合には非常に時間を
要し、能率が悪かった。

〔発明の概要〕

本発明は上記のような従来のものの欠点を除去するため
になされたもので、接触式ポールプローブ、接触式セン
サーに代わりに、反射型の光変位計を用い、この光変位
計を姿勢制御する軸を追加した非接触式三次元座標測定
機において、被測定物が任意の位置・姿勢で設置されて
も、被測定物固有の座標系に従った測定が自動的に行え
、被測定物の位置決めに要する時間を大幅に短縮できる
測定方法を提供するものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を説明する。第２図は本発明の測
定方法を適用する非接触式三次元座標測定機の軸構成図
を示す。直交８軸駆動構成は従来の接触式の三次元座標
測定機と同様であるので説明を省略する。ただし図には
示していないが、直交交８軸の駆動はサーボモータで行
う。図中１＜１゜ＰＩ　ｒ　Ｒ２はそれぞれ反射型の光
変位計（４）を姿勢制御を行う、θ、β、γ軸の回転、
旋回・回転を表わ１゜Ａは測定点、ＸＭ　、　ｙＭ、　
ＺＭはそれぞれ測定機の直交８軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の読み
数値を表わす。ｌは反射型の変位計（４）の基準面と振
り袖βの旋回位置との距離、ｈは光変位計（４）の測定
値で、（４）の基準面と測定点との距離を表わす。（５
）は変位計（４）からの照射光を示す。図には示してい
ないが、θ、β軸はそれぞれサーボモータで駆動し、そ
の回転角は角度検出器（例えばロータリーエンコダ）で
検出できる構成となっている。γ軸の駆動はサーボ・モ
ータまたはステッピングモータで行う構成となっている
。

なお、測定中には、反射型光変位計（４）の特性上距離
りを所要の範囲内に保ち、同時に照射光（５）と測定面
（３）とのなす角を制限内に保つ必要がある。

本発明の実施例の一つとして被測定物固有の座標系Ｚ　
（ｘｙｚ）においてｘ＝ｘ”（一定）なる断面で測定し
ていく場合の流れ図を第８図（ａ）および、第８図（ｂ
）に示す。図中の測定機固有の座標Ｚ　（Ｘ、Ｙ。

Ｚ）から被測定物固有の座標系（ｘ、ｙ、ｚ）への座標
変換マトリックスＬのめ方の例として以下の２つの例を
示す。

例１．被測定物の１つの基準面内の８点を基準点とする
場合 第４図（ａ）に示すように基準面（５）の８点Ｑｏ　ｒ
　Ｑ＋　＋Ｑ２を基準点としてＱ。を被測定物固有の座
標系フ（ｘ、ｙ＋ｚ）の原点としてベクトルＱ。Ｑ１方
向をｙ軸方向、ベクトルＱ。Ｑ２を２軸方向とし、残り
のＸ軸は右手系の座標系であることより決定する。具体
的には次式のようになる。ただしＱ。Ｑ＋　ＱｏＱｘは
満足しているものとする。座標系２のｘ＋Ｙｒｚ軸方向
の単位ベクトルをそれぞれ・８．・’ｌ　ｒ　”　２基
準点Ｑ。、Ｑｌ。

Ｑ２の座標系ｌ。での座標値をそれぞれ（Ｒ６，ｖｏ、
　ＷＱ　）（ｕＩ＋　ｖ、、　ｗ、）　、　（’２＋　
ｖ２．　ｗ２）とすれば・Ｘ　＝　ａｙ　Ｘ・２　・・
・・・・　（２）ここに 座標変換マトリックスＬは次式で表わされる（８×８）
のマトリックスである。

例２．基準点４個で決定する場合 第４図（ｂ）に示すようｔこ、４１個の基準点Ｑ。、Ｑ
３゜Ｑ４　、　Ｑｓの座標Ｚ０での座標値をそれぞれ（
ｕｏ、ｖ。、Ｗ−２（ｕ３．ｖ３．ｗ３）　＋　（”４
１　ｖ４１ｗ４’　ｌ　（ｕ６＋　ｖ！１ｌＷ５）とし
てＱｏを座標系２の原点、ベクトルＱ１４方向をＸ軸方
向、ベクトルＱ。Ｑ、方向を２方向とし、残りのｙ軸方
向は右手系の座標系であることより決定する。ただしＱ
２４Ｑｏ　Ｑａは満足しているものとする。例１．と同
様に、ｘ＋ＹｒＺ軸の単位ベクトル・ｚ　、　＠　ｙ　
、・２は次式のように表わされる。

・ｙ　”　ｏｚＸｅＸ　＝山面　（７）座標変換マトリ
ックスＬは（８）式を（５）式に代入して得られる。

また、測定点Ａの座標は測定機のｘ、ｙ、ｚ軸の読みを
ＸＭＩＹＭ＋ｚＭ　とし、回転角θ、βの読みを用いて
、座標系Ｚ。（Ｘ、Ｙ、Ｚ）で次式のように表わされる
。

この座標値は変換マトリックスＬを用いて、座標系Ｚ　
（ｘ、ｙ、ｚ）で次式のように表わされる。

しかして、第８図（ｂ）にように、００式よりめたＸの
値と目標のＸ′　とを比較し、判定基準値δ以内となる
ように各軸を制御していく。そして判定基準を満足した
（ｘ＋Ｙ＋２）の座標値をデータとしてファイルし、自
由にこのデータを使ってプロッター表示などを行うこと
ができる。

上記の実施例では被測定物固有の座標系Ｚ　（ｘ。

Ｙ＋ｚ）でＸ”Ｘ”（一定）とする場合を示したが、こ
れに限らず、ｙ＝ｙ　（一定）、ｚ＝ｚ　（一定）また
はａｘ＋ｂｙ＝ｃ（ａ、ｂ、ｃ：定数）を満足しながら
測定する場合にも応用は可能である。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明の測定方法を用いれば、被測定物
を正確に位置決めすることなく、被測定物固有の座標系
に従った測定が可能となり、被測定物が大きくて重い場
合の位置決め時間を大幅に短縮できる効果がある。また
、非接触式を用いた測定であるため、被測定物を傷つけ
ることもなく、測定速度も従来の接触式に比べて大幅に
向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の接触式三次元座標測定機を示す構成図、
第２図は本発明を適用する反射型の光変位計を装着した
非接触式の三次元座標測定機の一実施例を示す構成図、
第８図（ａ）　（ｂ）は本発明による測定法の流れ図、
第４図（ａｅ　（ｂ）は本発明に用いる座標変換マトリ
ックスをめるときの被測定物固有の座標系を示した説明
図である。なお、図中同一符号は同一もしくは相当部分
を示す。 （１）接触式センサー、（２）接触式ポールプローブ、
（３）測定面、（４）反射型光変位計、（５）照射光、
（６）被測定物の基準面、（７）被測定物のｘｙ平面代
理人　大岩増雄 第２図 −５４− 第３図 （ｄ） 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 非接触式の三次座標測定おおいて、被測定物の基準点の
   三次元座標値を測定機固有の座標系で測定し、該測定機
   固有の座標系から被測定物固有の座標系への座標変換損
   マトリックスをめ、且つ被測定物固有の基準座標に従っ
   た測定値補正を行なうようにしたことを特徴とする三次
   元座標測定法。