KR100193127B1

KR100193127B1 - 3차원 형상 가공물의 평가 방법 및 장치

Info

Publication number: KR100193127B1
Application number: KR1019940012799A
Authority: KR
Inventors: 도시까즈 마끼노
Original assignee: 와다 아끼히로; 도요다 지도샤 가부시끼가이샤
Priority date: 1993-06-22
Filing date: 1994-06-08
Publication date: 1999-06-15
Also published as: EP0631108A3; JP3057960B2; DE69417631T2; EP0631108B1; KR950000302A; JPH0721238A; EP0631108A2; DE69417631D1; US5627771A

Abstract

간단한 구성으로정확한 3차원 형상 가공물의 평가를 행하는 것을 목적으로 한다.

미리 기억된 형상 데이터 베이스 및 측정 데이터를 읽어 들어고(2-1, 2-2), 이 양자로부터 측정 데이터의 근접면을 추출함과 동시에 기준 곡면상의 대응점을 계산한다. 이 처리는 측정 데이터의 근접면 전체에 대해 행해진다(2-4 내지 2-9). 그리고, 구해진 근접점 중에서 가장 근접한 근접점을 추출하고, 이 점과 측정 데이터와의 거리를 계산한다(2-10 ~ 2-11). 이와 같이 측정후의 평가 단계에서 면에 수직인 거리계산을 행하기 때문에, 측정 장치 자체는 종래의 것을 이용해도 좋고, 또한 전체 구성을 간단히 함과 동시에 정확한 평가를 행할 수가 있다.

Description

3차원 형상 가공물의 평가 방법 및 장치

[산업상의 이용분야]

본 발명은 3차원 형상 가공물의 평가장치, 특히 CAD 데이타와 실제로 측정해서 얻은 측정 데이터의 비교에 의해 3차원 형상 가공물을 평가하는 것에 관한 것이다.

[종래의 기술]

종래부터, 곡면상에 형성된 피측정물의 표면의 형상을 측정하는 3차원 측정기는 공지되어 왔다. 이들 3차원 측정기에서는 프로브(probe)를 피측정물의 표면에 맞닿게 하고 복수의 측정점의 3차원 좌표를 구한다.

그래서, 이 3차원 측정기에 의한 형상 측정은 측정치수와의 비요게 의해서 가공물의 형상을 평가하기위해 이용된다. 이러한 이유로, 형상 측정은 CAD 데이터나 도면 데이터를 기준 데이터로 하여 행해진다. 또한, 측정 결과로부터 피측정물의 연삭량을 구하는 경우에는 CAD 데이터에 의해 결정되는 기준면과 피측정물의 면과의 거리(면직방향의 거리)가 필요하다.

예를 들어, 일본 특허 공개공보 평 제 1-26817호에는 면직 방향의 거리를 구하는 장치가 개시되어 있다. 이 예에선, 우선 CAD 데이터에 의해 정해지는 곡면으로부터 측정의 기준으로 되는 기준점을 결정함과 동시에, 이 기준점에 대한 면직 벡터를 구한다. 다음에, 피측정물의 표면 위치(측정점의 좌표)를 이 면직 벡터를 이용하여 3차원 측정기를 이용하여 면직 방향으로 측정한다. 그리고 구해진 측정점과 기준점간의 거리를 면직 벡터를 이용하여 구한다. 이에 따라서 피측정물의 CAD 데이터에 의한 곡면에 대한 면직 방향의 거리를 구할 수 있다. 또한, 이 예에서는 구해진 거리를 등고선 상에 칼라 표시함과 동시에 이 거리를 이용해서 금긋기(marking-off) 가공 제어를 행하고 있다.

그러나, 종래의 장치에 있어서는 CAD 데이터로부터 면직 벡터를 구하고 프로브를 면직 방향으로 구동해서 측정점의 좌표를 구해야 하기 때문에, 통상의 3차원 측정기를 이용해서 면직방향을 측정할 수 없고, 그 때문에 특별한 제어기구가 요구되었다. 따라서 신규 설비투자가 필용하다는 문제점이 있었다. 또한, 상술한 바와 같은 측정을 행하는 3차원 측정 장치는 CAD 데이터에 따라서 동작해야 되며, 온라인 구동 제어가 행해지는 장치에 한정된다는 문제점이 있었다. 더욱이 프로브를 면직방향에 따라 정확하게 구동시키기는 어렵고, 또한 정확한 측정은 행하기 곤란하다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 통상의 온라인 3차원측정기에서 얻은 측정 데이터를 이용해서 면직 방향의 거리를 구할 수 있는 3차원 형상 가공물의 평가 장치를 제공하는 것이다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명에 관한 3차원 가공물의 평가 장치는, 제1도에 도시한 바와 같이, 피측정물인 3차원 가공물의 형상 측정 데이터를 복수의 측정점의 공간 좌표값으로서 기억하는 측정 데이터 기억수단(A)과, 3차원 가공물의 기준면을 규정하는 CAD 형상 데이터를 기억하는 CAD 형상 데이터 기억수단(B)과, 상기 기준면에 대해서 수직이고 상기 측정점을 지나는 선과 기준면과의 교점을 구하는 교점 산출 수단(C)과, 구해진 교점과 상기 측정점의 거리를 구하는 거리 산출수단(D)을 가지며, 거리 산출 수단(D)에 의해서 구해진 거리에 의거해서 3차원 가공물을 평가하는 것을 특징으로 한다.

제1도는 본 발명에 관한 3차원 형상 가공물의 평가장치의 전체 구성을 설명하는 블록도.

제2도는 실시예의 하드웨어 구성을 도시하는 설명도.

제3도는 실시예의 전체 동작을 설명하는 순서도.

제4도는 교점 산출의 설명도.

제5도는 표시색 결정의 설명도.

제6도는 칼라 표시에 대한 설명도.

제7도는 근접면 산출의 동작을 도시하는 순서도.

제8도는 3차원 스퀘어(square) 설명도.

제9도는 측정 데이터가 존재하는 스퀘어를 도시하는 설명도.

제10도는 스퀘어에 속하는 3차원 곡면을 도시하는 설명도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : CPU 2 : 외부 기억 장치

2a : 형상데이터베이스 저장 영역 2b : 측정 데이터 저장 영역

3 : 그래픽 디스플레이 4 : 프린터

교점 산출수단 (C)은 측정 데이터 기억수단(A)에 기억된 3차원 가공물의 형상 측정의 측정점에서 CAD형상 데이터에 의해 규정된 기준면에 수직인 선을 그어 그 기준면과 측정점이 교차하는 교점을 구한후, 그 교점과 상기 측정점의 좌표와의 교점을 구한다. 그리고 거리 산출수단(D)에 의해서 교점과 측정점의 거리를 구한다. 이와 같이 미리 구해진 측정 데이터로 면지 계산을 행하기 때문에 측정시에 측정 장치를 면직방향으로 이동시킬 필요가 없다. 따라서 CAD시스템에 접속되어 있지 않은 통상의 온라인 3차원 측정기를 사용한 매뉴얼 측정이나 하드웨어 프로그램 측정에 의한 측정 데이터를 이용해서 처리가 행해진다. 그리고, 이같은 데이터를 이용해서 CAD의 형상 데이터 베이스와의 비교, 해석 처리가 행해진다. 이 때문에 3차원 측정기로의 신규의 설비등이 불필요하며 기존 설비의 유효 이용이 가능하다. 또한, 측정 자체는 통상의 3차원 측정기의 측정으로 행해지므로 정확한 측정을 행할 수 있다.

[실시예]

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 제2도는 본 발명에 관한 3차원 가공물의 평가 장치의 하드웨어 구성을 도시하는 블럭도이며, CPU(1)는 피측정물인 3차원 형상 가공물의 표면 형상의 측정 데이터와 설계시에 결정된 3차원 가공물의 기준면을 규정하는 CAD 형상 데이터와의 비교 해석을 행한다. 이 CPU(1)에는 외부 기억장차(2)가 접속되어 있으며 이 외부 기억 장치(2)는 CAD 형상 데이터의 데이터 베이스를 저장해 두는 형상 데이터 베이스 저장 영역(2a)과 3차원 측정기에 의해서 측정된 측정 데이터를 저장하기 위한 측정 데이터 저장 영역(2b)을 갖고 있다. 또한, 비교, 해석의 결과를 칼라 표시하기 위한 그래픽 디스플레이 장치(3)와 해석 결과를 데이터로서 출력하기 위한 프린터 장치(4)가 CPU(1)에 접속되어 있다.

이와 같은 장치에 따라 3차원 형상 가공물이 평가되는 경우에는 우선 3차원 측정기에 의해서 3차원 형상 가공물의 표면 형상을 측정한다. 이 3차원 측정기는 종래부터 주지된 오프라인 형식의 3차원 측정기라도 좋고, 이들을 사용한 메뉴얼 측정이나 파트프로그램 측정에 의한 측정 데이터를 이용해도 좋다. 즉, 피측정물의 표면의 공간 좌표를 측정할 수 있는 것이면 어떤 형식이어도 좋다.

이와 같은 3차원 측정기에 의해서 측정된 측정 데이터는 본 장치에 읽어들여져 외부 기억 장치(2)의 측정 데이터 저장 영역(2b)에 등록된다. 여기서 이 측정 데이터의 판독 입력은 예컨대 소정의 통신에 의해서 행해진다. 한편, 외부 기억 장치(2)의 형상데이터 베이스 저장 영역(2a)에는 평가하려는 3차원 형상가공물에 대한 CAD 데이터를 등록해 둔다. 그리고, CPU(1)에 등록된 프로그램의 제어하에 외부 기억장치(2)의 형상 데이터 베이스 저장 영역(2a)에서 형상 데이터 베이스를 호출함과 동시에 측정 데이터 저장영역(2b)에서 순차 측정 데이터를 호출하고, 이들 데이터에서 측정 데이터에 대응하는 형상 데이터 베이스 상의 대응점을 산출한다. 그리고 구해진 형상 데이터 베이스 상의 점과 측정 데이터와의 거리를 계산하고 이 거리에 대응한 색으로 그래픽 디스플레이(3)상에 칼라 표시를 한다.

즉, 형상 데이터 베이스에서 얻어진 기준 형상 위에, 상기 거리에 대응한 색을 부가하고, 각점의 기준면에서의 거리를 인식할 수 있게 한다. 또한 측정 데이터나 데이터 베이스 상의 점 데이터 및 거리등을 프린터(4)에 출력한다.

제3도는 본 실시예에 따른 장치의 동작 순서도를 도시하고 있다. 즉, CPU(1)에 등록된 프로그램의 실행에 의한 데이터의 비교, 해석의 동작에 대해서 제3도에 의거해서 설명한다. 우선, 외부 기억 장치(2)의 형상 데이터 베이스 저장 영역(2a)으로부터 평가기준이 되는 CAD 형상 데이터 베이스를 읽어 들인다 (2-1). 여기서 이 형상 데이터 베이스는 3차원 자유곡면이 다수 모여서 된 복합 3차원 자유 곡면이다.

다음에 외부 기억 장치(2)의 측정 데이터 저장 영역(2b)으로부터 측정 데이터를 1개만 읽어들인다.(2-2). 그리고, 측정 데이터가 종료되었는지 아닌지를 판정하기 위해서, 측정 데이터가 있는지 없는지를 판정한다(2-3). 측정 데어터가 없으면 처리가 죵료된다. 한편, 측정 데이터가 있는 경우에는 형상 데이터 베이스에 포함된 3차원 자유곡면 형상중에서 측정 데이터에 가까운 곡면 정보를 복수 추출한다(2-4). 다음에 후술하는 교점 산출을 행하기 위한 근접면이 남아있는지 아닌지를 판정한다(2-5). 그리고, 근접면이 있다고 판정된 경우에는, 추출된 근접면중 1개의 면정보를 읽어들인다(2-6).

그리고 선택된 측정 데이터와 상술한 바와 같이 읽어 들여진 면정보를 기준으로 이 면(3차원 자유 곡면 형상)에 대한 수직선과, 3차원 자유곡면 형상과의 교점을 계산한다(2-7). 즉, 측정 데이터로부터 3차원 자유곡면 아래로 그은 수직선과 3차원 자유 곡면과의 교점 관계에 대한 것은 제4도에 도시하고 있다. 이와같이, 측정 데이터를 지나는 직선중 곡면에 수직인 선을 선택한후 교점을 구한다.

교점이 구해졌는지 아닌지를 판정하고(2-8), 교점이 구해진 경우에는 이것을 근접점으로서 전용 메모리에 등록한다(2-9). 그리고, 근접점의 등록을 마친 경우와, (2-8)에서 근접점이 구해지지 않았던 경우에는 (2-5)로 되돌아가고, 모든 근접면에 대한 교점연산이 종료되기까지 이 처리를 반복한다. 그리고, 근접면이 없어진 경우엔, 구해진 근접점중에서 최근접점을 추출한다.(2-10). 그리고, 교점과 측정 데이터와의 거리를 계산한다(2-11). 또한, 미리 설정하고 있는 거리와 표시색의 관계로부터 상기 거리에 해당하는 표시색을 구한다(2-12). 여기에서 표시색은 곡면 데이터에 대해서 외측과 내측으로 나누고 각 범위마다 색을 배당한다. 즉, 제5도의 예에서는 곡면 데이터 및 외측에 대해 적, 황, 녹의 순서로 소정범위마다 색을 배당하고 내측에 대해선 청, 감색을 소정 거리마다 배당하고 있다. 그래서, 그래픽 디스플레이(3)의 화면상에서는 각 측정 데이터마다 상술한 바와 같이 배당된 표시색이 표시된다. 그리고 이 예에서는 각 측점마다의 색을 곡면의 표시상에 표시한다.

이와 같이 1 개의 측정 데이터에 대한 거리가 구해진 경우에는 그래픽 화면상에 표시한 형상 데이터 베이스의 도면의 교점부위에, 구해진 색으로 마크를 표시하고, 측정 데이터와 형상 데이터 베이스의 해석 결과를 시각화 처리한다(2-13). 그리고 (2-2)로 되돌아가 다음의 측정 데이터를 1개 읽어들이고, 마찬가지의 처리를 행한다. 모든 측정 데이터에 대해서 이와 같은 처리를 종료한 경우에는, (2-3)에서 측정할 데이터가 없다고 판단하기 때문에, 각종 데이터를 프린터(4)에 출력한다(2-14). 이와 같이 해서 모든 처리를 종료한다. 제6도에는 그래픽 디스플레이(3)상에서 표시되는 예를 도시하고 있다. 이와 같이 각 측정점이 거리에 따른 색으로 표시된다.

[측정 데이터에 가까운 면(근접면)의 추출(2-4)]

다음에, 근접면의 추출에 대해서 제7도에 의거해서 설명한다. 우선 대상이 되는 형상 데이터 베이스의 X Y Z 좌표의 최대값 및 최소값을 계산한다(6-1). 그리고 구해진 X Y Z 의 최대값과 최소값을 기초로 형상 데이터 베이스를 포함하는 3차원 스퀘어 정보를 작성한다(6-2). 즉, 제8도에 도시하듯이 형상 데이터 베이스에 의해서 규정되는 3 차원 자유곡면을 모두 포함하는 공간을 생각하고, 이것을 소정의 크기의 입방체로 분할한다. 이 스퀘어의 피치 데이터등을 파라미터로서 미리 설정해둔다. 다음, 스퀘어에 속하는 3 차원 자유곡면을 등록 처리하는데 이 처리의 종료를 판장하기 위해서는 스퀘어가 있는지 없는지를 판정해야 한다(6-3). 스퀘어가 있는 경우엔 1 개의 스퀘어에 속하는 3차원 자유곡면을 추출하고 전용 메모리에 등록한다(6-4). 그리고, 등록이 종료된 경우에는 (6-3)으로 되돌아가 스퀘어가 없어질 때까지 이 처리를 반복한다. 그리고, 각 스퀘어에 속하는 3 차원 자유곡면에 대한 등록이 모두 종료한 경우엔 다음 측정 데이터가 속하는 스퀘어를 추출한다(6-5). 즉, 제9도에 도시된 바와 같이 측정 데이터가 속하는 스퀘어를 선택한다. 그리고, 그 추출된 스퀘어에 등록되어 있는 곡면을 호출한다(6-6). 이와 같이 해서 측정점의 근처에 존재하는 3차원 곡면을 추출할 수 있다. 또한 상술한 (6-3) 내지 (6-4)의 스텝에서 각 스퀘어마다 3차원 자유곡면을 1번 등한후에도 다음 측정점의 처리시 등록된 자유곡면을 이용할 수 있으므로, 모든 측정점의 처리시에 최초 한번만 행하는 것이 좋다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 3차원 형상 가공물의 평가장치에 의하면, CAD 시스템에 접속되어 있지 않은 통상의 오프라인의 3차원 측정기를 사용한 매뉴얼 측정이나 하드웨어 프로그램 측정에 의한 측정 데이터를 이용해서 처리를 행할 수 있다. 그리고, 이같은 데이터를 이용해서 CAD 형상 데이터 베이스와의 비교 해석처리가 행해진다. 이 때문에 3차원 측정기로의 신규의 설비등이 불필요하며 기존 설비의 유효 이용이 가능하다. 또, 측정 자체는 통상의 3차원 측정기의 측정에 의해서 행해지기 때문에 정확한 측정을 행할 수 있다.

Claims

3차원 형상 가공물을 평가하는 3차원 가공물의 평가 장치에 있어서 복수의 측정점에서 상기 3차원 형상 가공물의 작업 표면을 측정하여 공간 좌표값으로서 기억하는 측정 데이터 기억수단과, 상기 3차원 가공물의 기준면을 3차원 형상 데이터로 기억하는 3차원 형상 데이터 기억 수단과, 상기 측정 데이터 기억 수단에 기억된 상기 공간 좌표와 상기 3차원 형상 데이터를 근거로 상기 각 측정점에서 상기 기준면에 수직하는 선을 그어 상기 기준면과 교차하는 교차점의 공간좌표를 결정하는 교차점 산출 수단과, 상기 교차점과 상기 측정점과의 공간 좌표를 근거로 상기 교차점과 대응하는 측정점간의 거리를 결정하는 오차 계산수단을 구비하여, 상기 오차 계산 수단에 의해 구해진 거리에 의해 상기 작업 표면의 정확도를 평가하는 3차원 형상가공물의 평가장치.
3차원 형상 가공물을 평가하는 방법에 있어서, 복수의 측정점에서 3좌표 측정기구를 통해 3차원 가공물의 작업 표면을 측정하여 공간 좌표값으로 기억하는 단계와, 미리 기억된 3차원 가공물의 기준면에 관한 측정점을 3차원 형상 데이터로 구성(plot)하는 단계와, 상기 3차원 형상데이터로 구성된 측정점들의 각 점으로부터 상기 기준면의 점들에 수직하게 선을 그어, 상기 수직선과 상기 기준면이 교차하는 교차점을 결정하는 단계와, 상기 각 수직선에 따라, 상기 교차점의 각각의 기준면과의 거리에 의해 3차원 가공물의 작업표면의 정확도를 평가하는 단계를 포함하는 3차원 형상가공물의 평가방법.