JPS5943308A - 三次元形状の検出方法と装置 - 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】 この発明（弓、自由曲面全治する物体の形状寸、去を球
状測定子をその面に接触さ一欧で測定するＪｊ法および
装置（・こ係るものである。物体の形状寸法の測定には
、座標測定機をｉｚ−て−その１軸（通常垂直／７軛ｉ
）Ｔ’：ＩＵに球状の測定子を′設け、これを被測定面
に接触させて、ＪＣのときのｌ１１６標値を求めること
により形状金工座標値から検知する。

まず球状の測定子を使った従来の測定について説明する
。自′木１図ひこオ・・いで垂直のかｔＩｌｌ＋　Ｆ端
（１６球状の１ｌｌｉ定子が取１・ｊけられ、Ｘ・）′
Φ１１Ｊを固定してＺＩｌｌｌｌＩをｒ″降させ、　Ｉ
ｌ’Ｏ点において被測定表面に接触さぜたとする。すな
わら測定点がＺ軸に対して垂直１ｆ貼　もしくは凸面の
頂点であえ）場合ＵこはＰＯ点の座標値は球の中心座標
０（Ｘｏ、〜０゜ＺＯ）　　とすると１球の半径１゜’
、ＨＺｏにＪ＞＋＋えグこ値。

すなわち（ＸＯ、’１０　、　ＺＯ４−ＴＯ）である。

モして一般に（っＹこの方法によ−〕てＩＦ　０点を求
めている。

しかし第２図に刈くずように被測定面がＺ　ＩＩ！Ｉｌ
ｌ　ｂ′こ対して（噴石（−でいる場合、第１図と同様
にＺＩＩＩｌｌｊヲ１１１直にド降させるとＱｏ点で接
触し７て、垂直線のＰＯ点では接触しない。ところが４
０−１豹をもつでＰ（−１点の）−１６標値とす２）と
。

・　　　１ 、ε　Ｔｏ（、−ζ７−１）の誤差金生する。

なおここでβは被測定面がＸ・）′平面となす角度であ
る。ところが従来この接触点（２０の位ｉ＋’ｊ：　＋
または被ｉ則定面の頷き角βをＦｉｉ’ｉ午に検知する
方法がない。そこでこの誤差εを小さくする、化めには
球の崖径すを小さくする方法がとられているが２これに
よって機械的強度が低ト−するだけでなく、被測定面に
圧接の傷をイ；」けることとなり、実用上球の半径を小
にすることしこは限界があった。

そこで実用上支障のない程度の球状の測定子を使って、
その球のとの位置で被測定面υこ接触しブ乙かを検知し
て補正を行ない、ｊ）−Ｌい測定結果を得るのが本発明
の目的である。

第：３図に示すように、測定子を被測定面に測定圧（Ｐ
　）で接触させたときに生ずる測定用尺□） 力（Ｐ）のベクトル方向が、被測定面の法線ベクトルと
−・致することに着９　ｔ　Ｌ　、　１ｌｌｌ要臂力（
Ｉゝ）を正確に検知する。子のグξめに第・１図１１こ
７１＜−Ｊ−（ｉν１造を石するプローブ′＼ノドを製
作し、′ζ。この５２パ口−）゛ヘッドは、取イ」用型
によ・つて用ζ標（１川’ｙ”ｒｌ＋幾のＺ　ｔｌｌｌ
ｌｔ　’ｌ−’　ｙ、ｉ、ｉ　Ｕこ１ｌＶｉ＝＋けりれ
Ｚ］。球状４）１１定千１は充分な剛性金イ」するノイ
ージー輔２Ｕこ取イ・］けられる。そし７てノ１ノー軸
２０１１１日５１球状測定、Ｉ’　＆’こ１州えらｉｔ
た（則５ｊ胃１４反力　Ｐ　を検出するための動力１１
４ＶＣ取１・１けられる。ここで動力、１１４ばＸ・）
゛・Ｚの二カ向の力の成分が′１シも気１．）弓として
別個に検知される装置で、一般に市販さねでいる。

そして味を曲りこ月接したときの動）Ｊｊ１の−さ力面
成分を１ｉ１３’処理ずｉｔば理論１−１被（固定面の
法線ベクトルが７（Ｉられ９球の接触点が求められる。

、ところが１月際に測定［７てみると次の問題か人−ラ
でぐる。

い−ｊ弓ｒ’、２図に小すよう（〕こ、Ｘ−Ｙ輔を固定
し。

Ｚ　ｌｌ１ｌｌｌ　’ｉ：速度〜′（）をも−ビＣ１・
降させ、Ｘ・）′而と４ミが安定する方向に進むと渚え
しれる。このとべ、２１′へ５図に示−Ｊ゛」、うに、
接触点に摩擦力　１゛栄／−、ｉ＝ず；６　＋９．：　
ｊ吟力の方向は４１１１庁ｆ−の移動力向に対ここでＩ
）　ｈ　１ｌｌｌｌ定圧力、　７＋は摩擦係数。このｊ
？擦力Ｊパにより、動力計の出力から（灸知さ）Ｌる（
量定圧反力Ｐの各＋ｌｉｉ方向成分にはこの摩擦力１・
゛の各軸方向成分が加わり、それだけの誤；でとｌる。

ずなわち第５図ｔこおいて、　　ＱＯ点で接１１＋ｔｌ
：　Ｉッ又いるにもかかわらず、摩擦力１・゛の／（め
（／（二動力１１１の検出信号はベクトル（１’　−１
−１・゛）となり、接触点（弓、このベクトルの方向Ｉ
％！金平１Ｊ（７こ移動し、味の中心０奮通り球面と交
わる点（妻であ／：、）とＩ′ｌｌ断されてし甘う。そ
こでこの謬↓；曽（二一二）シ）で渚Ｌ１尺する必四（
があることがわかる。なお、この１１．旧朴力Ｆは被測
定面の表面状態、接触１１．５の速瓜セ’ｆＫよって変
動するため、簡単に演３９に」、っ−Ｃ神１１．ろ・？
Ｊなうことができない。

めに本発明り（−おいては、第、１図に示すｊ、う［・
こ。

球状１１１１１定Ｊ′−１を支１、）するソ１シーＩＩ
・１１１２に回転加振器３をＪ収イ・」けて、Ｉ求の中
心４：辿るＺ、ｌ・（；ｊ舒中心に回転振動ωをＪｊえ
る。

い−まＸ・）′輔全固定し＋　Ｚ’ｌ’＋ｌｌを速度Ｖ
（１てト降させ、第（３図（・（：示す園１次うし、的
（・こ１頃斜しグこ被１１ｉｊｌ定而Ａ　ＢＣｐ・こ接
）ＱＪ：させたときの関係を考察゛Ｊ“る。

第７図はこのときの接触点ｌゝ０においで生ずる力の状
態を示し１図の１は第０図（／こ示す而のＡ（月）面に
おける断面図１図の１１は第６図のＡ　ｌ−３０の平面
図である。そして球状測定−トの接触点１’　（−１に
おける被測定向（Ａｌ［’）　　との相対速度Ｖ　ｄ　
Ａ１．、’３　Ｃ−”（ｌ［ｒｉｌ−上に設け１（−Ｓ
　ｅ座（票で考えると。

■−〔＼妬ｓｉｎβ、ωＹｏｓ団β’Ｃ０５（ｔ〕１１
このＦｓ　、　Ｆｅの摩擦力成分の内容は。

件（・よ＼／（１−、、、＞小（接触測定ケ低くする）
、ＣＤ−犬Ｙｏ）太（回転ユ・＋４１蜆を速くする）て
あ−どこ、この条件ｖｒｃより摩擦力の１・゛ｓ成分（
ｆよ無視し得る値となる。一方１・゛０構成によ、　　
ｌ”ｅ−ニー１ｐ−ｐの　方形ン戊（周＄ＩＪｌ　２π
−ω［）となるので１人゛）・−？夕　の時間について
信号を積分し２時間］／−均を求め。

峰れぞれ全Ｆｓ、Ｉ’８とすると。

１Ｇ＝ミー＝’−Ｊ”Ｐｓ・ｄｉ　　ニー　（）ｔ。

剋二巨」−Ｊ”１１・ｅ・（ｌ　ｔ　−：　０　　とな
−）で。

ｔ。

摩擦抵”抗による誤差は無祝し得ることが理論的に明ら
かである。

この結果、動力計の信号成分をそれ−と−れ積分処理し
て得られた信号値（Ｒｘ　、　Ｉ’Ｌｙ　、　Ｉ（ｚ　
）が１９Ｒｘ−Ｉ）　ｓｉｎβ−５ｉｎ７− Ｒｙ　＝　ｐ　ｓｉｎβ−ｃｏｓ　７′１も７．　：：
　Ｉ）　ＣＯ８β Ｒｘ２＋Ｒ，ｙ２−Ｌ　Ｒｘ２−１）２（ｒは第６図の
角ＯＢＣの角Ｊ蜆） を演算して、βおよび７′の角度を求め、こＪｔから法
線ベクトルＮが決り１球状測定子の接１’ｌ！ｌ！　Ｉ
’４−標位置が決定できる。そこで高精度に接触点のｊ
ノ１に標１的全決定Ｌ】」能とな２〕。

第・１図［／ｉ喝１、ｊ　”Ｊｉ　１ｉ５ｚ　ｌ／Ｌ　
、、、ｌ鳳Ｌ２　）条件全具体的に人ｌすると、味の半
径ｉ！−しては数ｍｍ以Ｉ−であり、その−１・降速度
」、リプ１づ）　Ｉｉ’い周速度がｎＪられるよつな周
波数２例えば１００１１ｚ〜３，０００１１ｚで豚を微
小角度目］トＬり振動さぜる。ぞして接触１１、−にイ
（）らＪ”Ｌ　／こ動力−１１の出力（１１−弓を回転
振動周期Ｉ１１」間よりもＩＫい１１、冒ｊｊ］−Ｃ積
分することＶこ」、−）で摩擦抵抗ｔこよるｔｊ！：４
　；’ｒを除去［７て、高精度の測定がｉ１Ｊ能である
。

なお回転振動による振動成分除去の方」（、としで、精
分［７て平均’Ｈ１ｉＩ’ｊ′ｉ？とる方法シ（二つい
て１況明し／、−が、電気回路においてはＪＪｆｔ分と
等価の効采全イ１する低域〕１ルター乞便用［７ても同
様な結果をｌ）ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図Ｑ」、球状測定子の理想接触状態説明図。 第２図Ｕよ被測定向がｆ噴石しているときの測定誤、゛
（発生説明図、第３図ｄ、波測定面が傾斜してい、／：
、ときの測定圧の作）１１状態説明図、第４図は本発明
の三次丸形状測定用グローブへノドの構成を示す側面図
、第５図（・ま摩擦抵抗に原因Ｊ゛る誤差説明図、第６
図は傾斜被測定向と本発明シこよる測定子との力の関係
を示す説明図、４′λ７１ツ１１゜１１はその解４１１
図、第８図、第９図は１・゛５．Ｉパθの波形図。 １４球状測定子　　　　２　ノイラーｌｉｍｂ３回転加
振器　　　　４動力計 特許出願人 株式会社　東京　精　密 岩　未走更 第１［ツＩ Ｚ ／ Ｘｒ、　ｓ　ｔ〆］ １・５　　　　　　　　　　　　　　　　　　＼バー　
　　　−Ｏ 第（Ｉしく ｌ・１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）１求状測定子を被測定面に接触させ−Ｃ寸法およ
   び形状を検出する座標測定機等のプＤ−ブー゛ヘッド（
   、で↓・・いで１球状測定−Ｊ′−が被測定面より受け
   る（１（１１定ＩＩミ反カベクトル１）の各軸方向成分
   ｌＬｘ、　Ｒｙ、　１１．ｚを動力計υこよ−って電気
   １０月と（７て取出し、（−の出力１８号から被ｄ１１
   ｊ定而の面法線ベクトルｔ、　求め、このベクトル値か
   ら１氷状測定子における接触位１ｒ１−を検知−４２）
   と−１１、に。 球状測定Ｊ゛−を保、ｌ″１Ｉ−Ｊ’るノイ−５・−軸
   に定周朋で微小角回転振・Ｉ′ｌＩＪケｔ）えること（
   （−より、接触時Ｃ′（＝前記（同定ハ４尺−力検出に
   測定課、１１−を及はす摩１察抵抗力否で除去すること
   を特徴とする二次几肝状の検出力法。 （：２）Ｎ１−求の範囲第１１−１″１の記載６′（二
   」・・いて、イブｊ加した回転昆、動成分を１余人−す
   る手１蒙として、動力２”、１・ｖ出）”Ｊ　’Ｉ’ｔ
   Ｔ弓５：球状１ｔｌｉｌ　５ＸＩ　Ｊ′−の１辰仙周ル
   １萌間よりも長い時間をもって積分する二次元形状の検
   出方法。 （３）請求の範囲第１項の記載においで、　４１力ｔｌ
   　１．−’だ回転振動成分を除去する手段とし、て、動
   力計の出力信−弓を球状測定子の回転振動周波数の基本
   周波数より低い遮断周波数の低域フィルターを通す三次
   元形状の検出力法。 （４）球状測定子を・イ］する座標測定機屑のゾＩ′：
   ｉ　−ブヘノトにおいて、先☆、ｔｊ、Ｈに球体を固５
   Ｆ′、され／Ｃフィラー軸を、接触時に受けるＸ、Ｙ、
   ７．０応力を二方向成分の電気信号と１７で出力する動
   力計に結合すると共に、ツー１シーｌ１ｌｌ１１（・（
   二定周期微小角回転振動を行なわせ之）回転加振器）ヱ
   設けたこと全特徴とする丑３次元形状の検出装置。