JPH09196658A - 座標測定機におけるアライメントの決定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 座標測定装置では、測定対象物の座標系と座
標測定装置の座標系との相対位置関係を明らかにしてお
く必要があり、座標変換式を作成するに際し、最初は手
動操作により測定しなければならず、熟練した作業者が
測定機を手動操作して行う必要があり、作業者の負担が
大きく、またアライメントに長時間を要していた。 【解決手段】 測定対象物の基準軸をあらかじめ座標測
定機の基準軸に概略一致させ、測定対象物に関する１点
を仮基準点として仮基準点の座標を測定次元数分測定
し、この座標値をもとに測定対象物座標系を測定機座標
系に変換してアライメント用測定パスを作成し、このア
ライメント用測定パスを用いて測定対象物のアライメン
トを決定するための座標測定を行い、測定された座標値
をもとに測定対象物座標系を測定機座標系に変換する換
算テーブルを作成する座標測定機におけるアライメント
の決定方法とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、物体の三次元又は
二次元の座標を自動測定する座標測定装置に関し、尚詳
しくは、座標測定装置により測定対象物の形状測定を行
うに際し、自動測定を開始するために測定対象物の座標
系と測定装置の座標系との相対位置関係を決定するアラ
イメントの決定方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】今日、製造工程における製造品の測定や
検査の現場においては、さまざまな測定機を用いて測定
が行われている。即ち、製作された製造品を測定対象物
とし、製造品が設計通りに出来ているか否かを測定機を
用いて判定している。特に近年では、高い精度と汎用性
の高さ、及び、自動化の容易さなどから、三次元測定機
に代表される座標測定機を用いた測定の普及が著しい。

【０００３】この座標測定機では、測定対象物を、直
線、円、円筒、平面、円錐、球などの形状要素に分け、
測定子によって各要素を測定するものである。尚、測定
子としては、接触子による接触式センサ又は光などを媒
体とした非接触式センサなどがある。そして、この座標
測定機では、各形状要素ごとに空間的な形状データとし
てその座標を測定するものであり、測定機に接続された
電子計算機に座標データを入力して検査のためのデータ
処理を行っている。

【０００４】即ち、電子計算機では測定機で測定したデ
ータを該当する形状要素に代入し、その形状要素の位
置、姿勢、寸法、幾何偏差などの形状パラメータを算出
する。こうして得られた形状パラメータを、設計書や図
面に記された数値と比較することで、測定対象物が正し
く製作されているかを判定しているものである。尚、座
標測定機などの測定装置において、三次元座標系を用い
る測定装置では、ＸＹ平面における基準点の位置と基準
点からのベクトル、ＹＺ平面における基準点の位置と基
準点からのベクトル、及び、ＺＸ平面における基準点の
位置と基準点からのベクトル、の６自由度で測定点の座
標を決定している。

【０００５】又、座標測定機などを用いて座標測定を行
うためには、測定対象物の座標系と座標測定装置の座標
系とを正確に一致させるように測定対象物を測定装置に
固定するか、又は、形状の測定を開始する前に、測定対
象物の座標系と座標測定装置の座標系とのずれなどの相
対位置関係を明らかにしておく必要がある。そして、測
定対象物の座標系を座標測定装置の座標系に一致させる
場合は、測定対象物の座標系と座標測定装置の座標系と
を許容範囲内で正確に一致させるように測定対象物の位
置決めを行う必要がある。この位置決めを効率的に行う
ためには、少ない試行回数により座標測定装置の座標系
に対する測定対象物のずれを正しく検出する必要があ
る。このためには、予め測定装置のＸＹ軸などに測定対
象物の位置を合わせておくことが好ましい。尚、これら
の作業を簡略化しつつ熟練者の勘と経験とに頼らない工
夫もされている（例えば、特開平５−２０９７４３
号）。

【０００６】又、測定対象物の座標系と座標測定装置の
座標系とがずれた状態で測定対象物を固定する場合は、
測定対象物の座標系と測定装置の座標系との相対位置関
係としての座標変換式である変換マトリックスを換算テ
ーブルとして作成する必要がある。このため、先ず、測
定対象物を測定装置に固定した後、測定対象物における
平面を定める３点と、軸を定める２点と、基準点として
の１点との独立した６点を最低限測定している。そし
て、測定対象物の形状データと測定した各点の座標値と
を用いて測定対象物の座標系を特定し、座標変換式であ
る変換マトリックスを換算テーブルとして作成する。そ
して、この換算テーブルを用い、座標測定機で測定され
た座標から算出した測定対象物の数値とＣＡＤデータな
どに記憶された形状パラメータの数値との比較を行って
いる。

【０００７】尚、この座標変換式である換算テーブルを
求める作業や、測定対象物の座標系と座標測定装置の座
標系とを一致させるように測定対象物を測定装置に固定
することをアライメントと呼んでいる。そして、アライ
メントを決定する前は、測定対象物の座標系と測定装置
の座標系との相対関係が不明である。従って、測定子を
測定対象物の所定の測定位置に移動させる操作を手動に
より行わなければならなず、アライメントの決定には操
作に手数や時間を要するものであった。又、このアライ
メントの決定には、自ずと熟練又は経験が要求され、手
数と時間とを要するものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】今日、製品への要求が
高まり、検査にも高い精度が要求されるようになってき
た。このため、許容範囲の誤差の範囲として正確に測定
対象物を測定機に固定することは極めて困難となってき
た。又、従来の変換テーブルを作製するアライメント決
定方法では、測定対象物の固定は比較的容易に可能であ
る。しかし、測定対象物を測定台に固定した後、測定対
象物の特定の６点を少なくとも手動操作により測定しな
ければならない。このため、熟練した作業者が測定機を
操作して行う必要があった。従って、作業者の負担が大
きく、またアライメントに長時間を要していた。

【０００９】更に、アライメントに必要な測定対象物上
の測定点は、形状として捉えやすく、また後の座標変換
計算が単純化できることが好ましい。このため、たとえ
ば３次元計測では平面上の３点、直線上の２点、その他
の１点で構成されることが望ましい。従って、少なくと
も、６点を測定する必要があった。しかし、例えば円筒
のように直線形状を持たない測定対象物では、測定対象
物上の直線を直接測定することができない。このため、
測定対象物を一旦治具に固定し、この治具を測定機に固
定して測定する間接的な測定を行っていた。ところが、
この方法では測定対象物の治具に対する取り付け誤差が
入ることになる。従って、測定精度を高めるためには熟
練した者が作業を行う必要があった。

【００１０】本発明の目的は上記の問題点を解決するた
めのものであり、測定効率を向上させることができるア
ライメントの決定方法を提供するものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、アライメント
工程を２段階に分けていることに特徴がある。即ち、測
定対象物の基準軸をあらかじめ座標測定機の基準軸に概
略一致させ、測定対象物上の１点を仮基準点として測定
次元数分だけ手動による測定する第１段階を設る。そし
て、第２段階としては、手動により測定した座標値をも
とに測定対象物座標系を測定機座標系に変換してアライ
メント用測定パスを作成する。更に、このアライメント
用測定パスにより測定対象物のアライメントを決定する
ための座標測定を行う。又、測定された座標値をもとに
測定対象物座標系を測定機座標系に変換する換算テーブ
ルを作成することとした。このように、第１段階と第２
段階とに分けることとし、これら一連の工程において、
仮基準点を測定次元数分測定した後の第２段階は、電子
計算機を用いて自動的に行うことを可能としたアライメ
ントの決定方法とするものである。

【００１２】このように、本発明は、アライメント工程
を、作業者の手動操作を必要とする前工程とした第１段
階と、自動化可能な後工程とする第２段階とに分けてい
る。言い換えると、従来のごとく測定対象物の交換毎に
最低限自由度数分の座標測定を行うものではない。即
ち、手動操作による座標測定を含む前工程としての第１
段階では、仮基準点を測定次元数分だけ測定するもので
あり、測定自由度数分の座標測定を行う必要はない。例
えば３次元測定では手動による座標測定回数を６点から
３点へ２分の１に削減することができる。更に、前工程
である第１段階は、測定対象物の基準軸を測定機の基準
軸におおまかに合わせるだけで済む。従って、従来の方
法のように作業者の熟練度がアライメント精度を左右す
ることがなくなる。このため、円筒のようにアライメン
トのための測定位置を容易に決められない形状の測定対
象物であっても、ガイドなどを用いて容易にアライメン
トを行うことができるようになる。更に、第２段階は、
アライメント用測定パスにより自動的に行うことができ
るものである。従って、一度アライメントが終了すれ
ば、記憶させたアライメントデータを呼び出すことによ
り、それ以降同じ形状の測定対象物の形状測定はすべて
自動化することができるものである。

【００１３】又、本発明では、第１段階の測定対象物の
基準軸を座標測定機の基準軸に概略一致させるに際し、
直交する３平面を基準面として有するガイド部材を用
い、測定対象物をガイド部材に接触させるようにするこ
とがある。この場合は、測定対象物の姿勢の決定を容易
に行うことができることになる。即ち、ガイド部材は、
直交する基準面としての３平面を有している故、この各
基準面を座標測定機の各々の測定軸方向に一致させるこ
とが容易である。そして、このガイド部材によって測定
対象物の姿勢を決定する故、測定対象物の基準軸を座標
測定機の基準軸に略一致させることが極めて容易とな
る。

【００１４】更に、本発明では、仮基準点を測定次元数
分だけ測定するに際し、ガイド部材の基準面の位置を測
定することがある。この場合は、ガイド部材の３基準面
の交点を仮基準点とするものである。従って、仮基準点
の測定機座標系における座標値の測定を容易に行うこと
ができることになる。即ち、ガイド部材の基準面の測定
は比較的容易である。又、ガイド部材とこのガイド部材
に一定の姿勢で接触させる測定対象物とは、常に一定の
位置及び姿勢で関係させるものである。このため、ガイ
ド部材の一部を測定対象物の一部と見做し、基準面の測
定により測定対象物に関する仮基準点の測定を行うもの
である。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態は、図１に示
すように、ＣＡＤシステム11などを用いたＣＡＤデータ
などの形状データを読み込む装置を用いるものである。
この装置は、読み込んだ形状データを検査図面用の形状
データに編集して記憶する形状データ記憶手段13を有す
る。更に、この装置は、測定対象物35の要素を測定する
ための種々の測定パスを記憶した測定パス情報記憶手段
15を有する。又、この装置は、測定結果を記憶する測定
データ記憶手段23を有する。そして又、測定パスにより
座標測定機30に測定命令を送信し、又、座標測定機30か
らの座標データにより測定データを形成して測定データ
記憶手段23に記憶させ、且つ、測定データをモニタやプ
リンタなどの結果出力手段25に送る演算処理手段21を有
する。そして、形状データの編集修正、更に測定パスの
作成及び測定パスのパラメータの決定などを行う測定指
示入力手段17を有するものである。

【００１６】そして、本発明は、この装置により、座標
測定機30の測定子の移動経路である測定パスを形成する
ものである。この測定パスは、形状データ記憶手段13に
記憶した形状データと測定パス情報記憶手段15に記憶し
た測定パス情報とに基づいて作成するものである。更
に、本発明は、座標測定機30により測定対象物35の形状
測定を行うに際し、ガイド部材40を用いてアライメント
の調整決定を行うこととするものである。

【００１７】このガイド部材40は、座標測定機30の測定
台31に測定対象物35を一定の姿勢で載置し得るようにす
るものである。即ち、図１に示したように、例えばＬ字
形の形状とし、直交する第１基準面41と第２基準面42と
を有するガイド部材40とするものである。尚、ガイド部
材40の上面は、検査台と平行な第３基準面43としてい
る。

【００１８】そして、アライメントは、図２にその手順
を示すように、第１段階においてこのガイド部材40を先
ず測定台31に固定するものである（１０１）。この固定
に際しては、ガイド部材40の第１基準面41を座標測定機
30のＸ軸とほぼ一致させるようにして測定子の移動検査
範囲内に固定する。そして、このガイド部材40に測定対
象物35を当接して測定対象物35の位置決めを行う（１０
２）ものである。

【００１９】尚、形状データ記憶手段13には、測定対象
物35の形状データと共に、このガイド部材40の形状デー
タも記憶させておく（１０３）ものである。そして、測
定対象物35の形状データとガイド部材40の形状データと
を用い、測定対象物35の位置及び姿勢を変更するように
してガイド部材40の形状データと測定対象物35の形状デ
ータとを合成する（１０４）。即ち、測定台31に固定し
たガイド部材40により測定台31に測定対象物35の姿勢が
決定された状態を表すガイド部材40と測定対象物35との
合成形状データを作成するものである。更に、測定対象
物35に関する仮基準点を１点だけ定め、この仮基準点の
座標測定機30における座標を測定する（１０５）。

【００２０】この仮基準点としては、測定対象物35を一
定の姿勢で支持するガイド部材40における第１基準面41
や第２基準面42、及び、第３基準面43の交点を仮基準点
とした。従って、仮基準点の測定としては、三次元測定
を行う場合は、ガイド部材40における第１基準面41のＹ
座標、第２基準面42のＸ座標、第３基準面43のＺ座標を
手動により測定するものである。尚、この測定は、座標
測定機30上で測定次数分である３回だけ仮基準点の座標
を測定するものである。

【００２１】このように、Ｘ軸とほぼ一致した第１基準
面41のＹ座標、Ｙ軸とほぼ一致した第２基準面42のＸ座
標、及び、第３基準面43の高さであるＺ座標を測定した
後、この測定値に基づき、測定対象物35の基準平面、基
準軸、及び、基準点の測定機座標系における座標値を算
出するための暫定変換マトリックスを作成するものであ
る（１０６）。

【００２２】尚、二次元測定を行う場合は、手動による
測定は第１基準面41のＹ座標と第２基準面42のＸ座標と
を測定すれば足りるものである。更に、第２段階とし
て、形状データから基準平面、基準軸、基準点を選択し
て決定する（２０１）。又、測定パス情報記憶手段15か
ら、適宜類型化された測定パスを選択し、基準軸、基準
点を測定するためのパスを作成する（２０２）。即ち、
測定する基準平面の位置や向きに合わせて平面上の３点
を測定するためのパスを作成し、基準軸の位置などに合
わせて軸の座標を測定するための２点を測定するパスを
作成し、更に、基準点を測定するためのパスを作成す
る。言い換えると、従来は手動により行っていたアライ
メント用の測定を自動的に行うためのパス、即ちアライ
メント用測定パスを作成するものである。そして、形状
データ記憶手段13に記憶させている合成形状データと仮
基準点の座標とにより、測定する基準平面や基準軸及び
基準点の位置を暫定変換マトリックスにより測定機の座
標に換算変更するものである（２０３）。そして、この
測定機座標系の座標に変換された座標値に基づくアライ
メント用測定パスにより、座標測定機30の測定子を移動
させて測定対象物35において定めた６点の座標を自動測
定により測定する（２０４）ものである。更に、この測
定機座標系における６点の座標に基づいて測定対象物35
の座標系から測定機の座標系への換算テーブルである変
換マトリックスを作成する（２０５）こととしている。

【００２３】このように、ガイド部材40を用いて測定対
象物35の姿勢を特定し、又、ガイド部材40の基準面を測
定機の基準軸方向と概略一致させ、測定対象物35の少な
くとも６点の座標を測定するアライメント用測定パスを
作成し、形状データと暫定変換マトリックスとにより、
パスに従って測定子を移動させる測定機座標系における
座標を算出するものである。従って、測定対象物35のア
ライメントの為に必要な少なくとも６点の測定を自動化
することができる。そして、測定次元数に合わせて三次
元測定であれば、ガイド部材40の３点を手動により測定
すれば、後は自動的にアライメントの調整を行うことが
できることになる。

【００２４】又、本実施の形態では、ガイド部材40の第
１基準面41と第２基準面42と第３基準面43との交点を仮
基準点としている。従って、このガイド部材40の３点を
手動により測定して仮基準点の座標測定を行うに際し、
第１基準面41のＹ座標、第２基準面42のＸ座標の如く、
平面の平面と垂直な方向の座標を測定するのみで足りる
ことになる。このため、極めて容易に仮基準点の座標測
定を行うことができることになる。

【００２５】尚、仮基準点の測定は、ガイド部材40に形
成された第１基準面41や第２基準面42などの基準面を測
定する場合に限るものではない。即ち、測定対象物35の
形状が単純な場合は、測定対象物35の平面を測定次元数
分だけ直接に測定することもある。又、ガイド部材40
は、Ｌ字形状に限ることなく、測定対象物35の形状に合
わせ、測定対象物35の姿勢を決定し得る凹凸を含む形状
とすることもある。この場合においても、相互に直交す
る視覚的に明確な３平面を有する形状としておくことが
好ましい。

【００２６】即ち、ガイド部材40は、測定対象物35の形
状に合わせた凹凸形状を有し、且つ、相互に直交する３
平面も有する形状とするものである。従って、測定対象
物35の形状に合わせた凹凸により、ガイド部材40と測定
対象物35との合成形状を容易に一定の形とすることがで
きる。又、このガイド部材40は、相互に直交する３平面
を形成しておけば、ガイド部材40の基準面とする３平面
を容易に見出すことができる。従って、ガイド部材40の
各基準面を測定台31に固定するに際して基準軸方向と容
易に概略一致させることができることになる。

【００２７】更に、このようにガイド部材40を用いて測
定対象物35の姿勢及び位置を決定する方法では、同一形
状の測定対象物35の測定を連続して行う場合、ガイド部
材40を固定した状態で測定対象物35だけを取り換えるこ
とが容易にできる。そして、この場合は、仮基準点を変
更する必要がない。従って、第２段階における６点の自
動測定を直ちに行って、アライメントの決定を行うこと
ができるものである。

【００２８】更に、座標測定機30の例としては、測定
機、加工機、組立機など、測定対象物35の形状を平面上
あるいは空間上の座標値として測定できるものであれば
どのような装置でも利用できるものである。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、測定対象物の基準軸をあらか
じめ座標測定機の基準軸に概略一致させ、測定対象物に
関する仮基準点の座標を測定してアライメント用測定パ
スを作成する方法である。従って、従来作業者が手動で
行っていたアライメント工程の多くの部分を自動化でき
る。このため、アライメント時間を短縮できるととも
に、作業者の負担を削減できる。

【００３０】また、作業者が手動で行う工程において
は、従来の方法のように、作業者の熟練度がアライメン
ト精度を左右することがなくなる。即ち、アライメント
用測定パスを用いて自動測定により座標測定を行って換
算テーブルを作成するものである故、容易に高精度のア
ライメントが可能となる。さらに、円筒のようにアライ
メントのための座標測定位置が容易に決まらない形状の
測定対象物であっても、ガイド部材などを用いて容易に
アライメントを行うことができるようになる。

【００３１】これらの特徴により、測定対象物のロボッ
トなどによる自動着脱が容易になり、形状測定全体の自
動化を推進することができる。そして、同じ形状の測定
対象物を多数測定する場合、従来の方法のように測定対
象物を測定機に載せ換える度にアライメントを行う必要
はなくなる。即ち、アライメントの一部だけを繰り返せ
ば済むことになる。従って、アライメント時間を短縮で
きるとともに作業者の負担を軽減できる。

【００３２】以上述べたように、本発明による実用的な
効果は極めて大である。そして、請求項２に記載した発
明は、直交する３平面を基準面として有するガイド部材
の基準面を測定軸方向にほぼ一致させて固定し、測定対
象物をガイド部材に接触させる方法である。従って、測
定対象物の姿勢の決定を容易とし、測定対象物の基準軸
を座標測定機の基準軸に略一致させることが極めて容易
となる。更に、アライメント時間を短縮できるととも
に、作業者の負担を削減できる利点もある。

【００３３】又、請求項３に記載した発明は、ガイド部
材の基準面の位置を測定する方法である。従って、容易
に測定対象物に関する仮基準点の測定機座標系における
座標を測定することができる。更に、正確なアライメン
トの決定は自動化することができる故、手動で行ってい
たアライメント作業を単純化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るアライメントの決定方法に使用す
る装置の概略ブロック図。

【図２】本発明に係るアライメントの決定方法の概略を
示す流れ図。

【符号の説明】

１１ ＣＡＤシステム １３ 形状データ記
憶手段 １５ 測定パス情報記憶手段 １７ 測定指示入力
手段 ２１ 演算処理装置 ２３ 測定データ記
憶手段 ２５ 結果出力手段 ３０ 座標測定機 ３１ 測定台 ３５ 測定対象物 ４０ ガイド部材 ４１ 第１基準面 ４２ 第２基準面 ４３ 第３基準面

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象物の基準軸をあらかじめ座標測
   定機の基準軸に概略一致させ、前記測定対象物に関する
   １点を仮基準点として仮基準点の座標を測定次元数分測
   定し、この座標値をもとに前記測定対象物の座標系を前
   記座標測定機の座標系に変換してアライメント用測定パ
   スを作成し、このアライメント用測定パスを用いて前記
   測定対象物のアライメントを決定するための座標測定を
   行い、この測定された座標値をもとに前記測定対象物の
   座標系を前記測定機の座標系に変換する換算テーブルを
   作成することを特徴とする座標測定機におけるアライメ
   ントの決定方法。
2. 【請求項２】 互いに直交する３平面を各々基準面とし
   て有するガイド部材を用い、前記ガイド部材の各基準面
   を各々前記座標測定機の各測定軸方向にほぼ一致させて
   固定し、このガイド部材に前記測定対象物を接触させて
   前記測定対象物の基準軸をあらかじめ前記座標測定機の
   基準軸に概略一致させることを特徴とする請求項１に記
   載した座標測定機におけるアライメントの決定方法。
3. 【請求項３】 前記測定対象物の仮基準点の座標を測定
   次元数分測定するに際し、前記ガイド部材の基準面の位
   置座標を測定することを特徴とする請求項２に記載した
   座標測定機におけるアライメントの決定方法。