JPH0384408A - 座標測定用プローブの回転テーブル倣い制御方法 - Google Patents

座標測定用プローブの回転テーブル倣い制御方法

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JPH0384408A
JPH0384408A JP1222508A JP22250889A JPH0384408A JP H0384408 A JPH0384408 A JP H0384408A JP 1222508 A JP1222508 A JP 1222508A JP 22250889 A JP22250889 A JP 22250889A JP H0384408 A JPH0384408 A JP H0384408A
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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】 【産業上の利用分野】
本発明は、座標測定用プローブの回転テーブル倣い制御
方法に係り、特に、三次元座標測定機に用いるのに好適
な、座標測定機の定盤上に回転テーブルを設置し、該回
転テーブル上に被測定物を載置して、該回転テーブルに
より被測定物を回転させながら、Ｍ標測定用プローブを
用いて被測定物の座標を倣い測定する際に、既に実現さ
れている回転テーブルを使用しない場合のプローブの３
軸制御倣いに、回転テーブルによる１軸を追加して、被
測定物とプローブの角度関係を一定に保ちつつ、４軸同
時制御による倣いを行うことが可能な、座標測定用プロ
ーブの回転テーブル倣い制御方法に関するものである。
【従来の技術】
三次元座標測定機等の座標測定機を用いて、被測定物の
形状を測定する際には、タッチ信号プローブや倣いプロ
ーブ等の座標測定用プローブを移動させながら、被測定
物の座標を、順次、倣い測定する必要がある。この倣い
制御を、コンピュータを用いて自動的に行う方法として
、回転テーブルを使用しない場合については、既に、任
意の指定平面内をワークの輪郭に沿って倣う制御方法（
以下、高さ一定値いと称する）と、直線と直線からの距
離の指定で決定される円筒面内をワークに沿って倣う制
御方法（以下、半径一定倣いと称する〉が開発され、実
用化されている。
【発明が達成しようとする課１１１１１しかしながら、
従来は、回転テーブルを使用した場合の倣い制御方法は
開発されていなかった。 第２図に示す如く、座標測定機の定盤１０上に回転テー
ブル１２を設置する場合は、座標測定機の軸と平行又は
直角に設置するのが通例と言える。 しかし厳密には、平行又は直角に設置することは非常に
困難であり、又、回転テーブル１２の取付け、取外しが
自由にできるということも考慮すると、回転テーブル１
２の設置は、座標測定機の軸とは無関係に、任意の位置
に、任意の傾きで設置されるという条件を考慮せざるを
得ない。 次に、回転テーブル１２上に設置される被測定物（例え
ばワーク）１４と、回転テーブル１２の回転軸との間の
関係も同様のことが言える。即ち、ワーク１４の軸心が
できるだけ回転テーブル１２の回転軸心と一致するよう
に設置するのが通例であるが、このワーク１４も、回転
テーブル１２上に、任意の位置に、任意の傾きを持って
設置されるという想定を立てざるを得ない。 上記の２つの条件のうち、どちらを欠いても、実際の使
用には非常に大きな制約となって、使用勝手の悪いシス
テムとなることが予想される。 次に、プローブ１６とワーク１４との位置関係であるが
、半径一定倣いの場合を例にとると、データ処理上の条
件としては、プローブが、ワーク軸心からある与えられ
た距離上に位置しながら倣うことである。しかしこれだ
けでは、第３図に示す如く、無数の位置関係が許される
。即ち、第３図に例示した、どのプローブ１６Ａ、１６
Ｂ、１６Ｃの当り方でも、ワーク軸心から一定距離の面
上に位置している。従って、回転テーブル１２のある回
転角θに対するプローブ位置は、ワーク軸心からの距離
だけの制約では無数の組合わせがある。 回転テーブルを使用して干渉を避けるということを考え
ると、第４図に示す如く、ワーク円筒面１４Ａに対する
プローブ１６の角度が常に一定であることが望ましいと
言える。第４図は、回転テーブル１２の回転軸とワーク
軸心が平行な場合について、回転テーブル１２をその回
転軸の真上から見た状態を示す平面図であり、ワーク円
筒面１４Ａとプローブ１６の姿勢関係は、常に同じとな
っている。 以上のことを要約すると、回転テーブルを使用した場合
の倣い制御方法は、次の３条件を満すべきである。 ■回転テーブルは、座標測定機定盤上に、任意の位置、
任意の角度に設置できる。 ■ワークは、回転テーブル上に、任意の位置、任意の角
度に設置できる。 ■倣い測定中のワークとプローブの角度関係を一定に保
つ。 しかしながら、従来は、このような条件を満足する回転
テーブル倣い制御方法は開発されていなかった。 本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたも
ので、回転テーブルを使用しない場合の倣いｌＩＮ御方
法を拡張して、前記３条件を満足する座標測定用プロー
ブの回転テーブル倣い制御方法を提供することを課題と
する。 【課題を達成するための手段】 本発明は、座標測定機の定盤上に回転テーブルを設置し
、該回転テーブル上に被測定物を載置して、該回転テー
ブルにより被測定物を回転させながら、座標測定用プロ
ーブを用いて被測定物の座標を倣い測定する際に、回転
テーブルが回転角θで静止状態にあるとした時のプロー
ブの速度ベクトルＶを算出するステップと、被測定物の
軸心から見た、プローブ速度ベクトルＶによる回転テー
ブルの角速度ωを算出して、前記回転角θとプローブ位
置ベクトルＸによる位置関係から、被測定物とプローブ
の角度関係を一定に保つように前記回転角θの進み遅れ
゛を調整し、新たに角速度ωを決定するステップと、前
記プローブ位置ベクトルλ、回転テーブル回転角θで、
前記角速度ωの動きに追従する速度ベクトル■Ｒを算出
するステップと、該追従速度ベクトル■Ｒと前記プロー
ブ速度ベクトルＶのベクトル和Ｖ７　（＝Ｖ＋ＶＲ）を
プローブの速度指令とし、前記角速度ωを回転テーブル
の速度指令とするステップとを含み、回転テーブルを使
用しない場合のプローブの３軸制御倣いに、回転テーブ
ルによる１軸を追加して、被測定物とプローブの角度関
係を一定に保ちつつ、４軸同時制御による倣いを行うこ
とにより、前記課題を達成したものである。
【作用及び効果】
本発明による回転テーブル倣い制御は、第４図に示すよ
うに、回転テーブルの回転角θが何度にあっても、ワー
ク基準軸からプローブ中心に向かうベクトルの方向が常
に一定となるように回転テーブル１２とプローブ１６を
制御して倣わせるものである。なお、説明の簡略さのた
め、ワーク１４の軸は回転テーブル１２の回転軸と平行
に描いである。 以下、前記３つの条件を満足させながら、本発明により
倣い制御する方法の原理について説明する。 今、第５図に示す如く、ある時刻ｔでの回転テーブルの
回転角をθとし、この角度で回転テーブルが静止してい
るものとする。この時に、従来の半径一定倣いによる速
度ベクトルＶをプローブに与えたとする。この速度ベク
トルＶは三次元的なベクトルである。プローブは、この
速度ベクトル→ ■によって、微小時間Δを後に微小区間Ｐ１からＰｌま
でを倣うものとする。従って、プローブ先端が２１点に
あったプローブは、Δτ後に、９２点に達する。 ここで、ワーク１４の軸心上の点ＷｏとＰｌ、２２点の
回転テーブル平面上での角度（ｊＰＩＷＯＰ２）をΔθ
とすると、第６図に示す如く、プローブの進行方向と逆
方向に、Δを後にΔθだけ回転テーブルを回転させてや
れば、Δを後のＷｅ−シ Ｐｌは、時刻ｔでのＷｏＰｔ（第５図参照）と方向が等
しくなる。この時の回転テーブルの角速度をωとおく。 前記速度ベクトルＶは、回転テーブルが静止状態の時の
プローブの制御ベクトルであるから、回転テーブルに角
速度が与えられて静止状態ではなくなると、■のままで
は半径一定又は高さ一定という制御目標から外れてしま
う。 そこで、本発明では、第７図に示す如く、回転テーブル
の角速度ωの回転に追従するベクトルＶ→ ＲをＶに加えることにより、回転テーブルの回転の影響
を帳消しにするようにしている。この追従ベクトルＶＲ
は、回転テーブルに時刻ｔで角速度ωが与えられた時の
２１点での接線ベクトルである０図において、Ｐ＋’点
は、ワーク上９１点の微小時間後の位置を示す。 従って、プローブに与えるべき速度ベクトルｖ丁は、次
式に示す如くとなる。 Ｖ丁＝Ｖ＋Ｖ　Ｒ・・・・・・・・・（１）よって、こ
のプローブ速度ベクトルＶ丁と、回転テーブルの角速度
ωを、各サンプリング毎に速度指令することにより、所
期の動きを実現することができる。 なお、回転テーブルを使用しない倣いの場合は、倣い速
度はプローブの速度そのものである。これに対して、本
発明のように、プローブとワークの両方が動く時には、
倣い速度とはプローブの速度ではなく、ワークとプロー
ブの相対速度と解すべきである０本発明では、相対速度
から自然にプローブ、回転テーブルの速度へと展開され
ている。 本発明によれば、回転テーブルを使用しない場合のプロ
ーブの３軸制御倣いに、回転テーブルによる１軸を追加
して、前記３条件を満足させつつ、４軸同時制御による
倣いを行うことが可能となる。 従って、例えば第８図に示す円筒カムのような、回転テ
ーブルを使用しない場合に、ワークとプローブが干渉す
るため一度で測定できないような場合でも、プローブの
姿勢を変更せずに、−度で全周の測定が可能となる。な
お、例えば第９図に示すインペラや、第１０図に示すプ
ロペラの羽根の場合には、本発明でも、−度で測定する
ことが不可能な場合が多いが、プローブの姿勢変更回数
を減らすことができる。 以上のように、本発明によれば、回転テーブルの使用に
より、測定範囲が拡張でき、又、より複雑なワークの測
定が可能となる。
【実施例】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明す
る。 本実施例は、例えば第１１図に示すような、座標測定用
の倣いプローブ１６を備えた三次元座標測定機２０にお
いて、その定盤１０上に回転テーブル１２を設置し、該
回転テーブル１２上にワーク１４を載置して、該回転テ
ーブル１２によりワーク１４を回転させながら、前記倣
いプローブ１６を用いてワーク１４の座標を倣い測定す
る際に適用される０本実施例に係る処理を行うためのプ
ログラムは、例えば中央処理ユニット２２Ａ、ＣＲＴ２
２Ｂ、プリンタ２２Ｃ及び記憶装置２２Ｄを含む制御装
置２２の記憶装置２２Ｄに格納されている。 前記倣いプローブ１６としては、例えばエアベアリング
とりニヤエンコーダを応用した接触式の変位検出形プロ
ーブを用いることができる。このプローブ１６からの変
位出力は、座標測定機２０にフィードバックされ、プロ
ーブ１６がワーク１４の輪郭形状を自動的に倣い語意す
る。 以下、第１図（Ａ）、（Ｂ）を参照して、実施例による
処理手順を、詳細に説明する。 第１図（Ａ）は、前準備の処理手順を示したものである
。この前準備においては、まずステップ１１０で、回転
テーブル１２の回転中心と軸心方向を測定して、該回転
中心を原点とし、該軸心方向を２軸とする座標系を作成
する。ここで、定盤１０上における回転テーブル１２の
設置位置及び角度（姿勢）は、任意でよいく前記３条件
の■参照〉。 次いで、ステップ１２０で、回転テーブル１２上に載置
したワーク１４を測定して、ワーク１４の軸心とワーク
１４上での座標軸方向を設定する。 ここで、ワーク１４を回転テーブル１２上に載置する際
には、任意の位置でよいが、角度（姿勢）には若干制約
があり、回転テーブル１２の回転軸心とワーク１４の軸
心との角度を４５°以内とする必要がある。これは、実
際上は、はとんど制約と言えない程、緩いものである（
前記３条件の■参照）。 前出ステップ１１０．１２０で得られた情報は、ステッ
プ１３０で、制御装置２２に送られ、前準備が終了する
。前記回転テーブル１２上でのワーク１４のＭ原糸は、
回転テーブル１２の座標系から座標測定機２０の座標系
への座標変換規則として、制御装置２２で使用される。 第１図（Ｂ）は、前記前準備が終了した後の、倣い動作
中の処理手順を示したものである。 この倣い動作においては、まずステップ２１０で、プロ
ーブ１６がワーク１４に接触している時のプローブ中心
の位置ベクトル■、その変位量ΔＸ及び回転テーブル１
２の回転角θを、例えば４０ミリ秒の間隔でサンプリン
グする。 次いで、ステップ２２０で、回転テーブル１２が回転角
θで静止状態にあるとした時のプローブ１６の速度ベク
トルＶを、従来の回転テーブルを使用しない場合の方法
により算出する。 次いで、ステップ２３０で、ワーク１４の軸心から見た
、プローブ速度ベクトルＶによる回転テーブル１２の角
速度ωを算出して、前記回転角θと１０一ブ位置ベクト
ルＸによる位置関係から、前記回転角θの進み遅れを調
整し、新たに角速度ωを決定する。ここで、ワーク１４
とプローブ１６の角度関係を一定に保つようにする（前
記３条件の■参照）。 次いで、ステップ２４０で、前記プローブ位置ベクトル
■、テーブル回転角θで、前記角速度ωの動きに追従す
る速度ベクトルＶ＝を算出する。 次いで、ステップ２５０で、該追従速度ベクトル■Ｒと
前記プローブ速度ベクトルＶのベクトル和Ｖ７　（＝ｖ
＋■Ｒ）を７”Ｏ−フ１６ノ■、　Ｙ、Ｚ速度指令とし
、前記角速度ωを回転テーブル１２の速度指令として、
各駆動機＃Ｊ（図示省ｑ＞に出力して、ステップ２１０
に戻る。 倣い動作中の処理としては、他にデータの出力処理と、
倣い動作の終了の判別処理等があるが、煩雑になるので
説明は省略する。 なお、出力データは、プローブ１６の中心座標である０
回転テーブル１２が回転しても、該回転テーブル１２と
その上に設置されているワーク１４との位置関係は変わ
らない、考え方としては、回転テーブル１２の回転面を
座標測定機の定盤と見做し、ワーク１４はこの定盤上に
設置されているものと見做す、倣い測定での出力データ
は、この測定ｔｌ＆座標系での座標であると解釈できる
ような座標となっている。ワーク座標系に変換するには
、−度だけＮ標変換をかけてやればよい。 本実施例においては、半径一定倣いの場合の例で述べた
が、高さ一定倣いの場合も同様に実施することができる
。 又、本実施例においては、接触式の変位検出形プローブ
１６を用いているので、ワーク１４に接触したまま倣い
測定を行うことができ、タッチ信号プローブを用いたポ
イント測定による輪郭形状測定に比べ、形状測定の能率
が大幅に向上する。 なお、本発明の適用範囲は、これに限定されず、タッチ
信号プローブを用いる場合にも、同様に適用できること
は明らかである。
【図面の簡単な説明】
第１図（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、本発明の実施例に
おける前準備、及び、倣い動作中の処理手順を示す流れ
図、 第２図乃至第７図は、本発明の詳細な説明するための線
図、 第８図乃至第１０図は、本発明が有効な被測定物の例を
示す斜視図及び正面図、 第１１図は、本発明が適用される三次元座標測定機の構
成例を示す斜視図である。 ０・・・（座標測定機の）定盤、 ２・・・回転テーブル、 ４・・・ワーク（被測定物）、 ６・・・プローブ、 ０・・・三次元座標測定機、 ２・・・制御装置。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）座標測定機の定盤上に回転テーブルを設置し、該
    回転テーブル上に被測定物を載置して、該回転テーブル
    により被測定物を回転させながら、座標測定用プローブ
    を用いて被測定物の座標を倣い測定する際に、 回転テーブルが回転角θで静止状態にあるとした時のプ
    ローブの速度ベクトル■を算出するステップと、 被測定物の軸心から見た、プローブ速度ベクトル■によ
    る回転テーブルの角速度ωを算出して、前記回転角θと
    プローブ位置ベクトル■による位置関係から、被測定物
    とプローブの角度関係を一定に保つように前記回転角θ
    の進み遅れを調整し、新たに角速度ωを決定するステッ
    プと、 前記プローブ位置ベクトル■、回転テーブル回転角θで
    、前記角速度ωの動きに追従する速度ベクトル■＿Ｒを
    算出するステップと、 該追従速度ベクトル■＿Ｒと前記プローブ速度ベクトル
    ■のベクトル和■＿Ｔ（＝■＋■＿Ｒ）をプローブの速
    度指令とし、前記角速度ωを回転テーブルの速度指令と
    するステップとを含み、 回転テーブルを使用しない場合のプローブの３軸制御倣
    いに、回転テーブルによる１軸を追加して、被測定物と
    プローブの角度関係を一定に保ちつつ、４軸同時制御に
    よる倣いを行うことを特徴とする座標測定用プローブの
    回転テーブル倣い制御方法。
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