JPS6359445B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、測定ヘツドを所定の走査方向に沿つ
て移動させ、走査方向に沿う複数の測定点におい
て被測定面の表面位置を測定するとともに、この
測定結果を磁気デイスク等に記録するようにした
曲面測定装置に関する。

近年、所定の形状に作られたモデルの表面形状
を三次元測定機によつて測定するとともに、この
測定された表面形状のデータから三次元曲面加工
用の数値制御データを創成し、この三次元曲面加
工用の数値制御データに基づいてモデルと同一の
表面形状もしくは、反転表面形状を有する金型を
作ることが行われるようになり、かかる三次元測
定機においては、測定した表面形状のデータを数
値制御データ創成用のコンピユータに与えるため
に、測定データを磁気デイスク等に記録させる必
要がある。

このような場合、測定ヘツドを所定の走査方向
に沿つて移動させて走査方向に沿う複数の測定点
において被測定面の表面位置を測定し、この測定
された表面位置のデータを磁気デイスク等へ順番
に記録するようにすればよいが、このときに、各
測定点間の間隔を一定にし、かつ曲率の変化が大
きな部分においても曲面形状が正確に測定できる
ように測定点の間隔をせまく設定すると、細かく
測定する必要のない平担に近い部分まで細かな測
定が行われて、これが記憶されることになり、測
定データの記憶に非常に大きな記憶容量が必要と
なる問題がある。

このような問題を解決するには、各測定点にお
いて測定される表面位置の変化から、各測定点に
おける被測定面の傾きの変化度合を演算し、この
演算された被測定面の傾きの変化度合が大きい場
合には次の測定点までの間隔を狭くし、変化度合
が小さい場合には次の測定点までの間隔を広くす
るようにして、測定点の数を減らすことが考えら
れるが、このようにしても、第１図に示すように
傾きが一定の領域Ａにおいてはこの領域の両端に
おける表面位置が分かれば表面形状を特定できる
のに対し、その間においても所定の測定間隔で測
定が繰返えし行われてこれが記録されるだけでな
く、この傾斜面Ａにおける測定回数を減らすため
に傾きの変化が零である場合の測定間隔を広くす
ると、傾斜面Ａに続いて曲率の小さな曲線部Ｂが
あると、この曲線部Ｂの形状が全く測定されない
恐れがある。

本発明はこのような従来の問題点に鑑み、表面
形状の測定だけは比較的狭い間隔で行ない、この
測定された表面形状のデータの内、曲面形状を特
定するのに必要なデータだけを記録するようにし
て、表面形状を正しく特定できる測定データを小
容量の記録媒体に記録できるようにすることを目
的とするものである。

まず、本発明の実施例を説明するに先立ち、そ
の原理を説明する。今、第２図に示すようにＸ軸
方向の位置によつて高さが変化する被測定面の形
状を測定する場合、測定ヘツド１０に取付けられ
た測定子１１の先端接触面が被測定面Waに接し
た状態を保ちながら、測定ヘツド１０をＸ軸方向
へ移動する。そして、曲率の小さな部分でも被測
定面Waの形状を充分特定できる間隔で測定子１
１の上下方向（Ｚ軸方向）の位置を被測定面Wa
の位置として測定し、その測定された位置データ
の内、被測定面Waの傾きが一定量以上変化した
点Ｐ１〜Pnの測定データのみを磁気デイスク等
の記憶装置に記憶する。

すなわち、ｉ回目の測定によつて得られた、被
測定面WaのＸ軸およびＺ軸方向の位置Xi，Ziの
データと、これより１回前のｉ―１回目の測定に
よつて得られた被測定面WaのＸ軸およびＺ軸方
向位置Xi―１，Zi―１のデータとから、まず初
めにｉ―１回目の測定点Pi―１と、ｉ回目の測定
点Piとの間における被測定面Waの傾きTiを Ti＝（Zi−Zi−１）／（Xi−Xi−１） によつて演算する。そして、ｉ―１番目の測定時
にこれと同様の方法によつて演算された、測定点
Pi―２と測定点Pi―１との間における被測定面
Waの傾きTi―１と、ｉ番目の測定時に演算され
た傾きTiとの間の変化量ΔTiを演算し、この変
化量ΔTiが変化量ΔTiの許容量を設定した設定値
Ｓを越えた場合のみ測定データを磁気デイスクに
記憶する。

これにより、被測定面Waの勾配の変化する領
域で、測定が行われる度にそのデータが磁気デイ
スク等に記憶され、勾配が変化しない領域では、
その始まりと終りにおいてのみ測定データが記憶
されることになる。

次に、被測定面Waの高さが紙面に対して直交
するＹ軸方向の位置によつても変化する場合の測
定原理について説明する。今、表面位置の測定デ
ータから三次元の曲面を加工するための数値制御
データを創成する場合には、被測定面WaをＸ―
Ｙ平面内で格子状に仕切り、その各交点における
被測定面Waの位置を測定することが必要とな
る。そして、被測定面Waの高さが一方の方向に
沿つては滑らかに変化し、これと直交する方向に
おいてのみ被測定面Waの傾きが大きく変化する
物を測定対象とする場合（実際にこのような被測
定物が多い）には、例えば第３図に示すようにＹ
軸方向の格子間隔Pyを一定にし、Ｘ軸方向の格
子間隔Pxのみを可変にして被測定面Ｗの傾きが
変化する部分では多くの測定データを得られるよ
うにする。

このような場合、Ｘ軸に沿う方向の傾斜変化が
最も大きいＹ軸方向の位置を標準位置に定め、こ
の標準位置で測定ヘツド１０をＸ軸方向に走査さ
せ、この間に前述の方法によつて測定データを磁
気デイスク等の媒体に記録する位置を決めなが
ら、測定データを磁気デイスク等に順番に記憶さ
せる。そして、他のＹ軸方向の位置において測定
ヘツド１０をＸ軸方向に走査させる場合には、前
述の標準位置で定められた位置で測定データを磁
気デイスクに記憶させる。これにより、格子の各
交点における被測定面Waの位置データを磁気デ
イスクに記憶させることができる。

次に上記の原理によつて三次元方向に高さの変
化する被測定面の測定を行うようにした実施例を
説明すると、第４図において１３は、被測定物Ｗ
を載置する固定ベースで、この固定ベース１３の
上部には門形の支持コラム１５が固定ベース１３
上に載置される被測定物Ｗを跨ぐように配設さ
れ、Ｙ軸方向へ移動可能に案内されている。そし
て、この支持コラム１５の横梁部には可動台１６
が支持コラム１５の移動方向と直交するＸ軸方向
に移動可能に案内され、下端部に測定子１１を取
付けた軸状の測定ヘツド１０がこの可動台１６に
上下方向（Ｚ軸方向）へ移動できるように案内支
持されている。また、前記ベース１３と支持コラ
ム１５との間には支持コラム１５のＹ軸方向の移
動を検出する検出器２０が設けられ、支持コラム
１５と可動台１６との間には可動台１６のＸ軸方
向の移動を検出する検出器２１が設けられ、可動
台１６と測定ヘツド１０との間には測定ヘツド１
０のＺ軸方向の移動を検出する検出器２２が設け
られている。

これらの検出器２０，２１，２２から出力され
る信号は、検出器２０〜２２から出力される信号
によつて測定ヘツド１０の各軸方向の移動量を検
出して、測定子１１の先端接触面の現在位置を検
出する位置検出回路２５，２６，２７に供給さ
れ、これらの位置検出回路２５，２６，２７によ
つて検出された先端接触面の位置が被測定面Wa
の位置として表示器２８によつて表示される。

なお、本実施例においては、測定ヘツド１０の
移動は手動操作によつて行うようになつており、
測定時においては、測定ヘツド１０の下端部を手
で把持し、測定子１１の先端接触面が被測定面
Waに接した状態を保ちながら測定ヘツド１０を
所定の走査方向に移動させる。

一方、３０は、ミニコンピユータ等によつて構
成される演算処理装置で、この演算処理装置３０
には前記位置検出回路２５，２６，２７の出力が
インタフエイス３１を介して接続されている他、
磁気デイスク装置３２がインタフエイス３３を介
して接続され、測定指令スイツチSW１，SW２
がインタフエイス３５を介して接続されている。

前記演算処理装置３０は、前述したように特定
の走査経路において測定データを磁気デイスクに
記録させる位置を決めながら測定データを磁気デ
イスクに順次記録する第１の測定モードと、他の
走査経路の走査時において、前記第１の測定モー
ドによつて決定された位置で測定データを磁気デ
イスクに記録する第２の測定モードとの２種類の
モードで測定が行なえるようにプログラムされて
いる。

次に上記２つの測定モードにおける演算処理装
置３０の動作を説明する。今、第１の測定モード
で測定を行う場合、測定ヘツド１０が前述したＹ
軸方向の標準位置に位置するように支持コラム１
５を位置決めし、この後スイツチSW１を押圧し
てから、測定ヘツド１０をＸ軸方向に移動させ、
測定ヘツド１０が被測定面Waを完全に横切るま
で測定子１１が被測定面Waに接した状態を保ち
ながら測定ヘツド１０をＸ軸方向に移動させる。

演算処理装置３０は、スイツチSW１が押圧さ
れると、第５図に示すプログラムを実行する。こ
のプログラムの内、ステツプ40からステツプ42ま
でのプログラムは、被測定面Waの傾斜が一定量
以上変化するまではステツプ45の時計数ルーチン
によつて作られる一定の時間間隔毎に繰返えし実
行されるもので、ステツプ40は位置検出回路２
５，２６，２７の出力Xi，Yi，Ziを読込むステ
ツプ、ステツプ41は今回の読込み値Xi，Yi，Zi
と、内蔵のメモリMEMに記憶された先回の読込
み値Xi―１，Yi―１，Zi―１とから被測定面Wa
の傾きをTiを（Zi―Zi―１）／（Xi―Xi―１）
の演算によつて求めるステツプ、ステツプ42は今
回の演算によつて求められた傾きTiと、メモリ
に一時記憶されている先回の演算によつて求めら
れた傾きTi―１との間の偏差から傾斜の変化量
ΔTiを演算するステツプである。そして、ステツ
プ43に移行すると、ステツプ42で演算した傾斜の
変化量ΔTiが設定値Ｓ以上であるか否かを判別
し、設定値Ｓ以下であればステツプ45を介してス
テツプ40へ戻り、設定値Ｓ以上であればステツプ
46へ移行する。なお、ステツプ45の時計数ルーチ
ンによつて作られる時間間隔は、測定ヘツド１０
を通常の速度で走査させた時に、曲率の小さい部
分でも曲面形状を充分に特定できる測定間隔とな
るような値に設定されている。

ステツプ46へ移行すると、測定された表面位置
のデータXi，Yi，Ziを磁気デイスク装置３２に
装着された磁気デイスクに記録し、この後、ステ
ツプ47で、Xiのデータを、測定データを磁気デ
イスクに記録すべき位置のデータとしてメモリ
MEMに記憶した後、ステツプ45を介してステツ
プ40へ戻る。

これにより、傾きの変化が零かもしくは零に近
い部分においては、位置検出回路２５，２６，２
７から出力される測定データXi，Yi，Ziの読込
みだけが行われ、測定点が曲部に達して検出され
る傾きの変化率が大きくなると、読込まれた測定
データが磁気デイスクに記録される。

一方、上記の第１の測定モードによる測定が完
了すると、作業者は支持コラム１５を移動させて
測定ヘツド１０をＹ軸方向の異なる位置に位置決
めし、測定ヘツド１０をＸ軸方向の原位置に戻し
た後、スイツチSW２を押圧し、前述のように測
定子１０が被測定面Waに接触した状態を保つて
測定ヘツド１０をＸ軸方向に移動させる。スイツ
チSW２が押圧されると、演算処理装置３０は第
６図に示すプログラムを実行し、第２の測定モー
ドの動作を行う。

すなわち、演算処理装置３０はスイツチSW２
が押圧されると、測定データを磁気デイスクに書
込むＸ軸方向の位置データXiをメモリMEMから
順番に読出す読出カウンタROCをステツプ50で
１にセツトし、ステツプ51で、読出カウンタ
ROCの指定する１番目の位置データを読出す。
そして、ステツプ52，53において、測定ヘツド１
０のＸ軸方向の位置がＸ１となり位置検出回路２
６の出力がＸ１となるままで待機し、測定ヘツド
１０のＸ軸方向位置がＸ１となつて位置検出回路
２６の出力がＸ１となると、ステツプ53からステ
ツプ55へ移行し、位置検出回路２５，２６，２７
から出力される測定データXi，Yi，Ziを磁気デ
イスクに記録する。

このようにして、Ｘ１の位置における測定デー
タの測定記録が完了すると、演算処理装置３０は
ステツプ56において読出カウンタROCを歩進し
た後ステツプ51へ戻る。これにより、測定ヘツド
１０がＸ２の位置に来るまで再び待機状態とな
り、測定ヘツド１０がＸ２の位置に来ると、位置
検出回路２６，２７，２８から出力される測定デ
ータを磁気デイスクに再び記録する。この動作の
繰返えしにより、Ｘ軸に沿う一走査の間の測定と
これの記録が完了する。そして、測定ヘツド１０
のＹ軸方向の位置を順次変更して同様の動作を繰
返えすことにより、格子の各交点における被測定
面Waの位置を全て測定記憶できる。

なお、上記実施例においては、測定データを磁
気デイスクに記録させるようにしていたが、測定
データを紙テープに記録させるようにしてもよ
い。

また、被測定面の傾きを演算する場合に、過去
の複数の測定点で測定演算した傾きの平均を取つ
て被測定面の傾きとしてもよい。

さらに、新たに測定された表面位置のデータと
先回磁気デイスクに記憶された表面位置データと
によつて被測定面の傾きを演算するようにしても
よい。

以上述べたように、本発明においては、被測定
面の表面位置の測定は、被測定面の傾きが大きく
変化している部分でも形状が正確に特定できるよ
うな間隔で繰返えし行ない、この測定された表面
のデータから各測定点毎に被測定面の傾きを演算
し、この演算された前記被測定面の傾きと先回演
算された傾きとの変化量が予め記憶したこの変化
量の許容量を越えたときのみ測定データを記憶す
るようにしたものであるから、傾きの変化量が零
のときには測定データを記憶媒体に記憶せず、測
定点が曲部に達し前記傾きの変化量が大きい場合
のみ被測定面の形状を表す測定データを記憶媒体
に記憶でき、被測定面の形状を特定するのに必要
最少限の測定データだけを小容量の記憶媒体に記
憶できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置による測定方法を示す図、第
２図および第３図は本発明装置による測定方法を
示す図、第４図から第６図は本発明の実施例を示
すもので、第４図は測定装置の全体構成を示す
図、第５図および第６図は第４図における演算処
理装置３０の動作を示すフローチヤートである。 １０……測定ヘツド、１１……測定子、１３…
…固定ベース、１５……支持コラム、１６……可
動台、２０，２１，２２……検出器、２５，２
６，２７……位置検出回路、３０……演算処理装
置、３２……磁気デイスク、Ｗ……被測定面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 測定ヘツドを所定の走査方向に移動させ、前
   記走査方向に沿う複数の測定点において被測定面
   の表面位置を測定してこの測定された表面位置デ
   ータを記憶するよようにした曲面測定装置におい
   て、前記測定ヘツドが前記走査方向に沿う移動に
   より次の測定点に位置する度に前記被測定面の高
   さと前記測定ヘツドの走査方向の位置を前記表面
   位置データとして検出する位置検出手段と、測定
   点毎に得られる前記表面位置データから前記各測
   定点における前記被測定面の傾きを各測定点毎に
   演算する演算手段と、この演算された前記被測定
   面の傾きと先回演算された傾きとの変化量の許容
   量を記憶する許容量記憶手段と、この許容量と前
   記傾きの変化量を比較する比較手段と、この比較
   手段により前記傾きの変化量が前記許容量を越え
   たと判定されたときのみ前記表面位置データを所
   定の記憶媒体に記憶する表面位置データ記憶手段
   とを備えたことを特徴とする曲面測定装置。