JPS6232302A - ３次元測定方法及び装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、直角座標ｘ、ｙ、ｚの３つの基準軸に従っ
て機構または機械の一部分のような対象〔従来の技術〕 この種のいずれの公知の測定方法においても、測定は次
に挙げる連続工程に従って行なわれる。

即ち、所定の直径の球形接触子を有するフィーラ軸を前
記３つの基準軸と平行な３つの方向に沿って連続的に又
は同時に並進させてその球形接触子を測定しようとする
ものと接触させ、その被測定物と接する球形接触子の中
心位置を３つの基準軸と平行に設定された３つの直線状
の感知システムにおいて検出し、球形接触子と被測定物
との接点の座標、即ち横座標Ｘと、縦座標ｙと、立座標
２とを、３つの直線状検知システムで検出された中心位
置とその直径から算出する。

これらの方法を応用できる公知の装置は、被測定物を支
持する平板と、その上にそれぞれスライドレールとその
スライドレールに沿って摺動するキャリッジから成る３
つの並進ユニットを設けた枠とから成る。これら並進ユ
ニットの３つの摺動部は、直角座標ｘ、ｙ、ｚの３つの
基準軸（こ平行Ｌｒｒ１＋−二＋ｒ　悟ｃ＝ｘ　４　Ｔ
ｈ　−ｙ　昌ｙ　　　つハハキフＩｔ　、ｙ　：Ｓのう
ちの１つは立座標軸２と平行な摺動部に沿って摺動し、
かつ球形接触子を有するフィーラ軸を担持している。

ある公知の装置では、平面テーブルが枠に対して固定状
にしっかりと連結され、３つの並進ユニットは工作機の
工具保持具のキャリッジと同じように互いに上下に重な
り合って取り付けられ、第一ユニットの摺動部は枠に固
定され、第三ユニットのキャリッジは球形接触子を備え
たフィーラ軸を担持している。測定値を算出する時には
、３つの並進ユニットのキャリッジを連続的に又は同時
に並進させることによりフィーラ軸を３つの基準軸と平
行の３つの方向に沿って移動させて、球形接触子を被測
定物と接触させる。

別の公知の装置では、平面テーブルが２つの並進ユニッ
トによって横縦両座標ｘ、ｙのそれぞれの軸線に沿って
移動自在に枠に取り付けられている。フィーラ軸は第三
の並進ユニットのキャリッジに固定されており、その並
進ユニットの摺動部は枠にしっかりと連結され、かつ立
座標の軸線と平行にセットされている。測定値を算出す
る時はフィーラ軸を被測定物に接触させるために平面テ
ーブルとフィーラ軸の両方を同時に並進させる。

この工程中、平面テーブルをｘ、ｙそれぞれの軸線と平
行に並進させ、フィーラ軸はｌの軸線と平行に並進させ
る。

もつとも知られた装置では、前記測定方法に従ってかつ
摺動部に沿って並進するキャリッジを感知する感知手段
を各並進ユニットと組み合わせ、このように構成された
３つの並進手段を測定値変換器回路に接続させて球形接
触子を有するフィー′う軸と被測定物との接点の座標を
３つの座標軸に対して定量化した数値に変換するように
している。

また、各基準軸に沿ってゼロを決定する測定開始位置を
オペレータが選択できるような手段や測定量を示し、記
憶しかつ処理するための手段も考えられたことがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述した装置について考えられていた用途に前記測定方
法を用いると、前記装置に対して、各並進ユニットを重
ね合せることに起因する重くてかさばった機械構造が必
要となる。さらに、当然これら機械構造の弾性と関係が
あり、かつ必要な精度を左右する系統的誤差を生じささ
ないようにするためには並進ユニットの測定能力はその
大きさに比例する。この方法を用いるためには、また基
準軸の３つの方向へのフィーラ軸の並進を定量化するた
めには前記３つの並進ユニットによって厳密にかつこれ
らの軸線と平行にフィーラ軸をガイドする以外に方法は
ない。

被測定物を支持する平面テーブルの表面と垂直な立座標
２の基準軸による立座標測定にのみ適したもう１つの公
知の装置においては、球形接触子を備えたフィーラ軸の
並進手段は、平面テーブル上に載置されかつこの平面テ
ーブルの表面を無作為に移動するようになっている平ら
なサドルを備えた可動枠と、そのサドル表面に直角にか
つ枠に対してしっかりと連結された直立摺動部と、前記
摺動部に沿って移動でき、かつサドルに対して突出した
状態で球形接触子を有するフィーラ軸を取り付けたキャ
リッジとから成っている。測定を行うには、枠のサドル
を平面テーブル上で無作為に移動させ、かつ直立摺動部
上にキャリッジを並進させることによりフィーラ軸を被
測定物と接触させる。平面テーブルの上をサドルが移動
し易いようにするためにエアクッション手段が考えられ
る。

しかしながら、この装置は１つの摺動部とキャリッジ式
並進ユニットしか備えていないため大きさは小さいもの
にし得るが、３次元測定用としては考えられず、またこ
のような方法を用いることのできる手段を備えていない
。

こあ発明による３次元測定方法の目的は、前記公知の装
置より大きさが目だって小さくかつ３つの基準軸の方向
の測定を行える能力を有する３次元測定装置を実現する
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するための手段として、直角座標の３
つの基準軸ｘ、ｙ、ｚに沿って対象物を測定するこの発
明による３次元測定方法では ２つの直角座標軸ｘ、ｙから成る網目配列タイプの平面
検知システムを形成し、 この２つの座標軸ｘＴ　Ｙの検知システムの平面内に２
つの感知点Ｐｉ　、　Ｐ２を形成し、これら２つの感知
点の間の距離を一定とし、 所定直径りの球形接触子を備えたフィーラ軸を形成し、
この接触子の中心Ｐを２つの座標軸ｘ、ｙの検知システ
ム平面上に正射影した点Ｐ′を、固定位置にかつ前記２
つの感知点Ｐｉ。

Ｐ２を結ぶ直線状の線分に対して突出状に位置させ、 網目配列タイプの平面検知システムの平面に垂直な第三
座標軸２に従って直線状の検知システムを形成して、平
面検知システムを以て３つの直角座標軸ｘ、ｙ、ｚ検知
システムとし、球形接触子を備えたフィーラ軸は前記第
三座標軸に沿って移動することができるようにし、 ２つの座標軸ｘ＋　Ｙ検知システムの平面上に２つの感
知点Ｐｉ　、　Ｐ２を無作為に組合せて並進させ、かつ
３つの座標軸ｘ、ｙ、ｚの第三座標軸ｌに沿って球形接
触子を備えたフィーラ軸を被測定物と接触させ ２つの座標軸ｘｒＹ検知システムにおける２つの感知点
Ｐ１、Ｐ２の位置を検出し、前記球形接触子を備えたフ
ィーラ軸の、２つの座標軸”　＋　Ｙの平面検知システ
ムにおける被測定物との接点の横座標Ｘと縦座標ｙとを
２つの感知点Ｐｚ　、　Ｐ２の検知位置と、フィーラ軸
の球形接触子の中心Ｐを正射影した点Ｐ′の前記２つの
感知点に対する相対的位置と、球形接触子の直径りとか
ら算出し、 直線状の検知システムの第三座標軸ｔに沿って球形接触
子の中心Ｐの位置を検知し、第三座標軸２に沿って直線
状の検知システムにおけるフィーラ軸の球形接触子の、
被測定物との接点の立座標２を球形接触子の中心Ｐの検
出位置と球形接触子の直径りから算出するという方法を
採用したのである。

従って、平面テーブルの平面における接触子の中心を検
出し、かつその横縦両座標ｘｔＹを算出するために平面
テーブルの平面の座標軸ｘ＋Ｙに沿ってフィーラ軸を並
進させるようガイドする必要はもはやない。だから、こ
れら２つの方向に厳密に機械的に直線状にガイドする必
要はもはやない。

さらにこの方法を実施するこの発明による測定装置は、
次のような前述した公知の３次元測定装置と共通の構成
、即ち被測定物を支持する平面テーブルと、その平面テ
ーブルに対して移動自在でかつ中心Ｐが３つの基準軸に
対する空間位置を表わす基準点を形成する、直径りの球
形接触子を備えたフィーラ軸と、テーブル平面と垂直か
つ平行な方向の球形接触子のフィーラ軸を並進させる並
進手段と、フィーラ軸の並進を感知できがっ３つの座標
軸ｘ、ｙ、ｚに対するフィーラ軸の球形接触子と被測定
物との接点の座標を定量化した数値で算出できる測定値
変換器回路を備えている。

そしてこの装置は、球形接触子のフィーラ軸の並進手段
が平面テーブル１に載置されたがっ平面テーブルの平面
上を無作為に移動させるようにしたサドルを備えた可動
枠と、この可動枠にしっかりと連結されかつサドル平面
と垂直の直立摺動部と、この摺動部に沿って移動自在で
かつ球形接触子のフィーラ軸をサドルに対して突出状に
取り付けたキャリ・ツジとを備えていること、可動枠の
サドルが平面テーブルと平行な線上に２つの感知点Ｐ１
゜Ｐ２を形成する２つの基準手段を備え、これら２つの
感知点は平面テーブルの平面上にあるフィーラ軸の球形
接触子の基準中心Ｐを正射影した点Ｐ′に対して位置が
変らないこと、平面テーブルが、その平面の直角座標の
２つの最初の基準軸ｘ、ｙに沿って軸を切るかつサドル
を無作為に並進させることによりサドル上の両基準手段
の位置の変化を感知する網目列の検知部”！’Ｊ　Ｉ　
ＹＮを備えて、２つの基準軸に対するこれら基準手段に
より形成された両感知点Ｐｉ　、　Ｐ２の位置を検知す
ること、可動枠には、直立摺動部に沿って行われるキャ
リッジの並進を検出してこの摺動部により現実に与えら
れる第三座標軸２に沿ってフィーラ軸の接か子の中心Ｐ
の位置を検出する感知手段から成る直線状の検出手段が
組合されていること、さらに測定値変換器回路が平面状
及び直線状の両検知手段に接続され、プログラミング可
能の計算装置を備えてフィーラ軸の球形接触子と被測定
物との接点の座標、即ち横座標Ｘと縦座標ｙを、平面状
の検知手段によって検知された２つの感知点Ｐ１、Ｐ２
の位置と、球形接触子の中心Ｐを正射影した点Ｐ′のこ
れら２つの感知点に対する相対的位置と、球形接触子の
直径りとから算出し、かつ球形接触子と被測定物との接
点の立座標２を直線状の検知手段によって検知された球
形接触子の前記中心Ｐの位置と球形接触子の直径りとか
ら算出することを特徴とする。

〔効果〕

従って、この測定装置によってこの発明による３次元測
定方法の実施が可能であり、かつ前記公知の３次元測定
装置と比較してフィーラ軸並進手段は３つの代りに１つ
だけで構成されているので同一測定能力に対しては重量
がかなり小さくなる。

さらに、最後に、重要なことは平面テーブル上にフィー
ラ軸を支持する可動枠を設けたことにより、これを無作
為に並進せしめることによって凡ゆる方向において被測
定物を感知できることになり、このようなことは、フィ
ーラ軸の並進が３つの並進ユニットの３つの摺動部によ
って決められた３つの直線方向のみに限定されている公
知の３次元装置では不可能である。

〔実施例〕

添付図面はこの発明による３次元測定方法を幾何学的に
示しており、また例として測定装置の実施例をも示して
いる。

第２図に示した３次元測定装置は全体として被測定物を
支持する平面テーブル１と球形接触子７を有するフィー
ラ軸用の並進手段との組合せから成り、この並進手段は
平面テーブルに載置された平らなサドル４を有する可動
枠３と、その可動枠にしっかりと連結されサドル４の平
面に直角な直立摺動部５と、この摺動部５と、この摺動
部に沿って並進できかつ前記サドル４に対して球形接触
子７を有するフィーラ軸を突出した状態に取り付けたキ
ャリッジ６とから成っている。

フィーラ軸の並進手段のサドルを載置した平面テーブル
１の平面は、このテーブルと組み合されかつ第１図に示
した直角座標ｘ＋　７の２つの基準軸を有する網目配列
タイプの平面検知システムを形成する平面感知手段２の
感知面により構成されている。

この網目配列タイプの平面感知システムは公知のもので
、例えばイギリス特許公開公報下２，１３１．９５６号
に記載されかつこの公報の第１図及び第２図に示された
静電座標システムがある。このシステムの感知平面はテ
ーブル１の平面の座標Ｘ。

ｙそれぞれの基準軸と平行して直線状に配列された電極
Ｘ１．　Ｘｚ・・・Ｘｎ　とＹｌ、Ｙ２・・・Ｙｎから
構成されている。

フィーラ軸並進手段のサドル４は、互いに一定の距離を
おいて位置しかつ網目配列タイプの平面感知システムに
よる感知手段に作用し得る２つの基準手段１０　、２０
を備えている。上記タイプの静電座標システムを用いる
場合、感知手段は２つの正確な電極点で構成してもよい
。これら２つの基準手段１０．２０はテーブル平面上の
サドルの位置と方向を表わしており、これはこれら基準
手段が２つの座標軸ｘ＋Ｙ感知システムの平面において
第１図で示されているような２つの感知点Ｐｉ。

Ｐｚを形成できるからである。

ところで、フィーラ軸の球形接触子７はその位置を同一
平面内に正射影によって形成される点即ち球形接触子の
中心Ｐの位置を前述した２つの感知点Ｐ１、Ｐ２に対し
て同じ状態に表わす平面上の点Ｐ′で表わすことができ
る。図示した実施例においては、フィーラ軸の球形接触
子の中心Ｐを投影した点Ｐ′は、この場合２つの感知点
Ｐｉ　、　Ｐｚを結ぶ線分Ｐｉ　Ｐｚ　　の延長線上で
これら２つの感知点の一万Ｐ２から所定の距離りのとこ
ろにある。この距離りは測定中にサドル４を動かしても
被測定物Ｇこ当らｔいように計算された十分な距離であ
る。

フィーラ軸並進手段の可動枠３には、摺動部５に沿うキ
ャリッジの並進を感知する装置から成る直線状の感知手
段が組み込まれており、この実施例（こおいてはこの感
知手段は通常タイプの光電子システムのもので直立摺動
部５に平行に取り付けられたガラス製の定規８と、キャ
リッジ６に取り付けられた、このシステムの検知手段を
形成する光電子のピックアップ３０とから成っている。

この検知手段はいかなる公知タイプのものでもよく、２
つの座標軸ｘｒ　Ｙ平面検知システムの平面と直角な第
三座標軸１に沿う直線状の検知システムを形成するもの
であればよく、これは前者の平面検知システムを組込ん
だ直角座標ｘ、ｙ、ｚの３軸検知ンステムを構成しかつ
第三座標軸に沿ったフィーラ軸の球形接触子７の中心Ｐ
の位置を検出するためであり、この座標軸に沿ったキャ
リッジと接触子との並進は同一のものである。

キャリッジ６は、可動枠３に一体形成されたベルトとプ
ーリタイプの伝動システム（図示省略〕に連結されたつ
まみ１３によって直立摺動部５に沿って並進させること
ができる。

制御盤１１と数字表示板１２とを備えた筐体９はフィー
ラ軸並進手段の可動枠３に取り付けられている。平面状
及び直線状の感知手段のセンサに用いられている通常の
動力回路がこの筐体９に組み込まれていて、たわみケー
ブル１５を介して平面状の感知手段に接続されている。

この筐体にはさらにこれらの手段や、フィーラ軸の球形
接触子７と被測定物との接点の座標ｘ、ｙ、ｚを算出す
るプログラミング可能の計算装置、例えばマイクロプロ
セサにより発せられる信号を定形化しかつ定着化するた
め、前記計算装置と接続した変換器回路が設けである。

公知タイプのエヤクッション支持装置１４は、可動枠３
の竺ドル４に一体形成してテーブル１の平面をサドル４
が並進しやすいようにしている。

測定値を算出するためには、テーブルの平面上をフィー
ラ軸並進手段のサドル４を無作為に並進させ、そしてキ
ャリッジ６を直立摺動部５に沿って摺動させ、フィーラ
軸の球形接触子７が被測定物に接触するまでこれを行な
う。この測定値は、例えば空間座標（ト）ｘ、ｙ、ｚを
、オペレータにより表示板１２上にこれら座標軸のそれ
ぞれにっいて既表示されたゼロに対して知りたい時の最
初の測定点とすることができる。

例えばエアークッション支持手段１４の空気圧を解放す
ることにより球形接触子７を被測定物に接触した状態で
並進手段をテーブル上に固定させ、かつ測定回路を作動
させると、計算装置はこの接点の座標を次のようにして
算出する。

横座標Ｘと縦座標ｙは、 網目配列タイプの平面感知システムにおいて、サドル４
の基準手段１０．２０により現実に与えられる２つの感
知点ｐｒ　、　Ｐｚの検知位置と、これら２つの感知点
、即ちこの場合前述した距離りにより規定される位置に
対して球形接触子７の中心Ｐの正射影による相対位置、
即ち点Ｐ′と、球形接触子の直径りとから算出し、高さ
Ｚの算出は、第三座標軸２に沿った直線状の感知システ
ムにおいては、キャリッジ６に取り付けられた光電子式
のピックアップ３０により直接供給される球形接触子の
中心Ｐの検出位置と、接触子の直径りとから与えられる
。

この場合、点Ｐｌ　、　Ｐｚの座標の検出が可能になっ
たことにより平面テーブル１の平面においてサドル４が
どのような位置にあってもまたどのような方向を向いて
もこの平面内でフィーラ軸の球形接触子７の中心Ｐの座
標ｘ＋Ｙを常に算出できることは興味深いと思われるこ
とについて触れてお心これらの座標によってこれら２つ
の点を結び、中心Ｐの投影した点Ｐ１を通る線の傾斜が
決定される。

このことから、線分Ｐｉ　Ｐ２　　に対して点Ｐ′がど
のような位置にあってもこの利点に変りがないことが分
る。換言すれば、この点Ｐ′が必らずしもこの線分の延
長上になくてもよいと云うことである。実際上球形接触
子を有するフィーラ軸はサドル４に対してその長さや方
向がまちまちであってもよい。

しかし、このような場合、それぞれに応じてアルゴリズ
ムのプログラミングを変更する必要がある。

フィーラ軸並進手段のサドルにエアクッション支持手段
１４は必須のものではない。しかし、テーブル上でサド
ルを公知の方法、例えば固定式のまたは方向転換式ノズ
ルを用いて並進しやす（するには、サドルを遠隔制御式
にすれば問題もな（、また有利であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は測定方法を示す略図、第２図は測定装置の全体
を示す斜視図である。 １・・・平面テーブル、２・・・平面検知手段、３・・
・可動枠、４・・・サドル、５・・・直立摺動部、６・
・・キャリッジ、７・・・フィーラ軸、３０　・・・ピ
ックアップ、Ｐ・・・中心、Ｐ′・・・点、Ｐｌ、　Ｐ
２・・・感知点、Ｄ・・・直径特許出願人　　ブラウン
　アンド　シャープマニフアクチュアリングカンノ寸ニ
ー

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）直角座標の３つの基準軸ｘ、ｙ、ｚに沿つて対象
   物を測定する３次元測定方法において、２つの直角座標
   軸ｘ、ｙから成る網目配列 タイプの検知システムを形成し、 この２つの座標軸ｘ、ｙの検知システムの 平面内に２つの感知点Ｐ＿１、Ｐ＿２を形成し、これら
   ２つの感知点の間の距離を一定とし、 所定直径Ｄの球形接触子を備えたフィーラ 軸を形成し、この接触子の中心Ｐを２つの 座標軸ｘ、ｙの検知システム平面上に正射 影した点Ｐ′を、固定以置にかつ前記２つの感知点Ｐ＿
   １、Ｐ＿２を結ぶ直線状の線分に対して突出状に位置さ
   せ、 網目配列タイプの平面検知システムの平面 に垂直な第三座標軸ｚに従つて直線状の検 を以て３つの直角座標軸ｘ、ｙ、ｚ検知シ ステムとし、球形接触子を備えたフィーラ 軸は前記第三座標軸に沿つて移動すること ができるようにし、 ２つの座標軸ｘ、ｙ検知システムの平面上 に２つの感知点Ｐ＿１、Ｐ＿２を無作為に組合せて並進
   させ、かつ３つの座標軸ｘ、ｙ、ｚの 第三座標軸ｚに沿つて球形接触子を備えた フィーラ軸を移動させてフィーラ軸を被測 定物と接触させ、 ２つの座標軸ｘ、ｙ検知システムにおける ２つの感知点Ｐ＿１、Ｐ＿２の位置を検出し、前記球形
   接触子を備えたフィーラ軸の、２ つの座標軸ｘ、ｙの平面検知システムにお ける被測定物との接点の横座標ｘと縦座標 ｙとを２つの感知点Ｐ＿１、Ｐ＿２の検知位置と、フィ
   ーラ軸の球形接触子の中心Ｐを正射影 した点Ｐ′の前記２つの感知点に対する相対的位置と、
   球形接触子の直径Ｄとから算出 し、 直線状の検知システムの第三座標軸ｚに沿 つて球形接触子の中心Ｐの位置を検知し、 第三座標軸ｚに沿つて直線状の検知システ ムにおけるフィーラ軸の球形接触子の、被 測定物との接点の立座標ｚを球形接触子の 中心Ｐの検出位置と球形接触子の直径Ｄか ら算出することを特徴とする３次元測定方 法。
2. （２）被測定物を支持する平面テーブルと、その平面テ
   ーブルに対して移動自在でかつ中心Ｐが３つの基準軸に
   対する空間位置を表わす基準点を形成する、直径Ｄの球
   形接触子を備えたフィーラ軸と、テーブル平面と垂直か
   つ平行な方向の、球形接触子のフィーラ軸を並進させる
   並進手段と、フィーラ軸の並進を感知できかつ３つの座
   標軸ｘ、ｙ、ｚに対するフィーラ軸の球形接触子と被測
   定物との接点の座標を定量化した数値で算出できる測定
   値変換器回路とから成る、直角座標ｘ、ｙ、ｚの３つの
   基準軸に沿って対象物を測定する３次元測定装置におい
   て、球形接触子７のフィーラ軸並進手段が平面テーブル
   １に載置されたかつ平面テーブルの平面上を無作為に移
   動させるようにしたサドル４を備えた可動枠３と、この
   可動枠にしつかりと連結されかつサドル平面と垂直の直
   立摺動部５と、この摺動部に沿つて移動自在でかつ球形
   接触子のフィーラ軸をサドルに対して突出状に取り付け
   たキャリッジ６とを備えていること、可動枠のサドルが
   平面テーブルと平行な線上に２つの感知点Ｐ＿１、Ｐ＿
   ２を形成する２つの基準手段１０、２０を備え、これら
   ２つの感知点は平面テーブルの平面上にあるフィーラ軸
   の球形接触子の中心Ｐを正射影した点Ｐ′に対して位置
   が変らないこと、平面テーブルが、その平面の直角座標
   の２つの最初の基準軸ｘ、ｙに沿つて軸を切るかつサド
   ルを無作為に並進させることによりサドル上の両基準手
   段の位置の変化を感知する網目列の検知部Ｘ＾１＿Ｎ、
   Ｙ＾１＿Ｎを備えて、２つの基準軸に対するこれら基準
   手段により形成された両感知点Ｐ＿１、Ｐ＿２の位置を
   検知すること、可動枠３には、直立摺動部に沿つて行わ
   れるキャリッジの並進を検出してこの摺動部により現実
   に与えられる第三座標軸ｚに沿つてフィーラ軸の接触子
   の中心Ｐの位置を検出する感知手段から成る直線状の検
   出手段が組合されていること、さらに測定値変換器回路
   が平面状及び直線状の両検知手段に接続され、プログラ
   ミング可能の計算装置を備えてフィーラ軸の球形接触子
   と被測定物との接点の座標、即ち横座標ｘと縦座標ｙを
   、平面状の検知手段によつて検知された２つの感知点Ｐ
   ＿１、Ｐ＿２の位置と、球形接触子の中心Ｐを正射影し
   た点Ｐ′のこれら２つの感知点に対する相対的位置と、
   球形接触子の直径Ｄとから算出し、かつ球形接触子と被
   測定物との接点の立座標ｚを直線状の検知手段によつて
   検知された球形接触子の前記中心Ｐの位置と球形接触子
   の直径Ｄとから算出することを特徴とする３次元測定装
   置。