JPS63206607A - 三次元測定機 - 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〕 本発明は測定対象物と測定子とを三次元方向に相対移動
可能に形成された本体とこの本体を所定の手順で駆動す
るとともに測定対象物と測定子との相対移動変位量を利
用して測定対象物の形状、寸法を測定する制御装置とか
ら構成された三次元測定機に関する。

〔背景技術とその問題点〕

従来の一般的な三次元測定機は、第１０図に示すように
本体３１と制御装置５１とから構成されていた。第１０
図において、本体３１は基台３２と、基台３２の両側に
立設された支柱３４．３４と、支柱３４．３４間に渡架
された梁部材３５と、この梁部材３５を図でＺ方向に摺
動自在に装着されたＸスライダ３６と、このＸスライダ
３６に一体的に取り付けられたＺ案内ボックス３７と、
Ｚ案内ボックス３７に図でＺ方向に摺動案内されたスピ
ンドル３８と、基台１上を図でＹ方向に往復移動可能に
設けられた載物台４２と、載物台４２の下方に収容され
た主にＹ方向駆動手段やＹ方向変位検出器等の防塵を行
うための側板３３，３３、蛇腹４６と、スピンドル３８
の下端側に取り付けられる測定子４５を有するタッチ信
号プローブ４４とから形成されていた。なお、４３は複
数種のタッチ信号プローブ４４，４４，４４．・・・を
保持するためのプローブ支持枠であり、この例示では図
示省略したプローブ自動着脱装置によってスピンドル３
８にタッチ信号プローブ４４が自動交換されるものとさ
れている。

また、制御装置５１は模式的に表現した制御ユニット５
２と各種設定、指令等を行うためのコンソール５３と、
測定結果を出力するタイプライタ、ＣＲＴ等から形成さ
れた出力装置５４とから形成され、制御ユニット５２に
は測定子４５と載物台４２に取り付けられた測定対象物
１との関係すなわち、両者４５．１との関与位置や点数
、両者４５．１の相対移動変位量から形状、寸法の測定
値を求める所定の測定手順プログラムが格納されていた
。

従って、載物台４２に測定対象物１を取り付けるととも
に制御装置５１の制御ユニット５２に当該測定対象物１
に対応する測定手順プログラムをセットした後自動運転
を開始すると、載物台４２、Ｘスライダ３６、スピンド
ル３日が所定の手順で駆動され、測定子４５と測定対象
物１は三次元（Ｘ、Ｙ、Ｚ）方向に相対移動されつつ所
定の測定面において両者４５，１が順次関与（この例示
ではタッチ信号プローブ４４ゆえ、両者４５．１が当接
されること）とする。ここに、制御装置５１では、両者
４５，１が関与したときにプローブ４４から発生される
タッチ信号に基づいて両者４５．１の相対移動量を特定
するとともに測定手順プログラムに従って測定対象物ｌ
の形状、寸法等の測定値を高精度で求めることができた
。

なお、例えば、載物台４２が固定の場合、測定子４５が
光学式非接触方式の場合等本体３１の形式が異なった場
合にも機能的には同様であった。

しかしながら、上記従来の三次元測定機３０には次のよ
うな問題点を有していた。

すなわち、三次元測定機を自動運転し迅速かつ正確な検
査、測定を行うには、とりわけ当該測定対象物１に対応
した測定手順プログラムを作成しなければならない。測
定手順プログラムの従来作成方法はいわゆるティーチン
グ方法ないしプレイバック方式が採用されているので、
まず、測定対象物１のモデルである精巧な基準測定対象
物を製作し、これを載物台４２にセットとする。そして
本体３１を手動、半自動で駆動して基準測定対象物と測
定子４５とを相対移動、当接させつつ実際の測定手順を
実行し両者１，４５の相対移動量や当接点数等諸量諸元
を読み取ることによって測定手順プログラムを作成して
いたのである。従って、測定手順プログラムを作成する
には基準測定対象物の製作が前提となるから実際の運用
までに相当長い時間を必要とするばかりか基準測定対象
物を多数製作しなければならないという経済的負担も大
きくまた作業能率が悪いという欠点を有していた。

また、測定対象物たる製品の設計工程、加工工程に重点
をおいたいわゆるＣＡＤ／ＣＡＭシステムが普及してい
るが測定、検査工程については使用者側特殊事情等から
別個のものとされているためにそれらデータの有効利用
ができないので全体として生産能率が低いという問題が
あり、測定対象物の形態等によっては三次元測定機の利
用ができないという事態をも招来する場合があった。

さらに、測定対象物毎に測定手順プログラムを基準測定
対象物を用いて作成しなければならないから基準測定対
象物を目前にした現実においては、作業者によっては測
定手順プログラムのバラツキが生じ精度と能率の点で不
備を招くという問題があり、また類似測定対象物におい
ても各測定手順プログラムを作成しなければならないと
いう重複作業をしいられるという問題もあった。

〔発明の目的〕

本発明は、実際に測定対象物を製作しなく七も当該測定
対象物の形状相当の形状図形データを生成しつつ迅速か
つ正確な測定手順プログラムを作成できる測定手順教示
手段を備えた三次元測定機を提供することを目的とする
。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明は、
上記従来の問題点が基準測定対象物を利用して測定手順
プログラムを作成していたことに起因していたことに着
目し、基準測定対象物を製作しなくとも、測定対象物の
製作以前においても当該測定対象物に対応した測定手順
プログラムが作成できるよう形成したものである。

これがため、測定対象物と測定子とを三次元方向に相対
移動可能に形成された本体とこの本体を所定の手順で駆
動するとともに測定対象物と測定子との相対移動変位量
を利用して測定対象物の形状、寸法を測定する制御装置
とから構成された三次元測定機において、 設計データを変換して測定対象物の形状相当の形状図形
データを生成するための図形処理機能を有するＣＡＤパ
ートとこのＣＡＤパートで生成された形状図形データを
基に測定条件を加味して前記制御装置へ出力する測定手
順を教示するための測定情報を生成する測定パートとを
含み形成された三次元測定支援装置と、この三次元測定
支援装置に前記測定条件等を設定、指令等するための入
力装置とから構成された測定手順教示手段を備え、基準
測定対象物がなくとも当該測定対象物の測定手順プログ
ラムを作成できるよう構成し前記目的を達成するのであ
る。

従って、この発明によれば、ＣＡＤ／ＣＡＭ等から設計
データたる図形イメージを読み取りかつ入力装置から測
定評価目的、測定位置、測定点数等を設定、指示等すれ
ば、そのＣＡＤパートが図形処理機能によって測定対象
物の形状相当の形状図形データを作成するとともに測定
パートで形状図形データを利用しつ測定子と測定対象物
との移動系路等を含む測定情報を生成することができる
。

従って、三次元測定支援装置からの測定情報に基づいて
三次元測定機では基準および実際の測定対象物を利用す
ることなく測定手順プログラムを作成することができる
。

〔実施例〕

本発明に係る三次元測定機の一実施例を図面を参照して
詳細に説明する。

本実施例は第１図に示したように本体３１と制御装置５
１と測定手順教示手段ｌＯとから三次元測定機３０が構
成され、また測定手順教示手段１０に設計データを入力
する手段としての補助手段６０が設けられている。なお
、本体３１および制御装置５１の基本的構成は前出第１
０図に示した従来の三次元測定機とかわらないものとさ
れているので同一の構成部分には同一の符号を付すると
ともに説明を簡略または省略する。

まず、本発明の特徴的構成要件である測定手順教示手段
１０は基準測定対象物を利用して見本測定を行わなくと
も制御装置５１で測定手順プログラムを作成することの
できるようなデータすなわち測定情報を生成しかつ出力
するもので、大別して入力装置１１と三次元測定支援装
置２１とから形成されている。

そして、三次元測定支援装Ｗ２１は、この実施例では中
央処理システムとして有機的、一体的に形成されたＣＡ
Ｄパート２２および測定パート２４と、各種データベー
ス２６，２７．２８と、制御装置５１と接続されたポス
トプロセッサ２９とから構成されている。

ここに、ＣＡＤバート２２は、設計データを変換して測
定対象物１の形状相当の形状図形データを生成するため
の図形処理機能を有する。すなわち、従来の如く基準測
定対象物を製作しなくとも当該測定対象物の形状と等し
い形状図形を生成しようとするもので、後記の測定パー
ト２４と独立的に機能することができる。つまり測定デ
ータベースを作成するものである。具体的には、立体形
状図形生成機能、面形状図形生成機能、パラメトリック
図形生成機能、公差属性機能等を含み図形処理機能が形
成されている。

さて、面形状生成機能は、直線、直線と曲線との組合せ
あるいは曲線からなる基本線８０を第５図（Ａ）に示し
た如く平行移動させあるいは同（Ｂ）の如く回転させる
ことによって掃引し、基末的な測定面に相当する面形状
図形を生成するものである。従って、第５図に示す形状
図形の他、第４図（Ａ）〜（Ｄ）に例示したような二次
元、三次元的な多様な面形状図形を生成することができ
る。なお、図示省略したが面形状図形生成機能には点や
線を結んで面形状図形を生成する連結方式の機能をもが
備えられ、生成すべき図形によって上記掃引方法と選択
的または組み合わせて使用することができる。

また、立体形状図形生成機能は、面形状図形を適宜選択
組み合わせて、例えば、第６図に示されたように直方体
形状２と円筒形状３との組み合わせの如く、直径りの貫
通穴が設けられた測定対象物形状相当の立体形状図形を
生成することができる。さらに、この実施例では、実際
の測定対象物ｌの一部分または全体の形状には類似形な
いし拡大、縮小形の多いことに着目し迅速処理の実効を
期して上記パラメトリック図形生成機能が設けられ、こ
の機能は寸法がパラメータとされた基本図形（パラメト
リック図形）を登録しておき、そのパラメータ変更設定
を行い類似形を生成することができる。例えば、第７図
（Ａ）に示した直方体２は矩形平面（ａＸｂＸｃ）５を
基本図形とし、これにパラメータＣを指定することによ
って生成され、同（Ｂ）は輪または円板６を基本図形と
しパラメータＺを指定することによって円柱体または円
筒外周面を生成する例である。またこの機能は同（Ｃ）
に示したように複数の基本図形を組み合わせたものにつ
いても適用ある。さらに、基本図形の多くは前記面形状
図形生成機能で生成される。

また、公差属性機能は、前記各機能では幾何学的な図形
を完成することができるが、これのみによっては実際の
測定対象物１の形状と合一しなし）場合があり得ること
を考慮して、測定対象物１の寸法・角度公差あるいはＪ
ＩＳで定められた幾何公差等を容易かつ有機的に付加で
きるようして実際的、図形を生成しようとするものであ
る。従って、公差相当の寸法が異なる図形の全てを都度
に生成する必要が省ける。なお、公差情報の検索もでき
る。

一方、測定パート２４は、ＣＡＤパート２２と独立的に
作動可能であるとともに密接な連関をもちＣＡＤパート
２２で生成された測定対象物形状相当の形状図形や公差
情報を参照しつつ、詳細後記の入力装置１１から設定さ
れた測定評価目的、測定位置、測定点数等々の測定条件
に基づいて測定子４５と測定対象物１との相対移動系路
等を含む測定情報を生成する。つまり、ポストプロセッ
サ２９を介し制御装置５１に出力すれば制御装置５１で
は従来のプレイバック方式等により基準測定対象物を利
用して作成しなと同様な測定手順プログラムを作成でき
るに十分な測定情報を生成することができる。

とりわけ、この実施例の測定バート２４には測定子動作
シュミレーション機能、自動干渉チェック機、能、情報
編集機能、測定点数自動配置機能および測定マクロ機能
が設けられている。測定子動作シュミレーション機能は
入力装置１１の一部であるディスプレイ１２に前記移動
系路等を表現出力できるとともにキーボード１３等の操
作によりその移動系路を修正等することもできる。自動
干渉チェック機能は以下の目的で設けられている。

一般的に測定点数が１０００点に近い多数であること、
測定対象物１の形状は複雑多岐であること、測定子４５
を含むタッチ信号プローブ４４の形状も交換変更される
こと等を勘案するといかに慎重に最短移動系路を決定し
ても測定の実際にあっては測定子４５と測定対象物１と
が衝突、接触等干渉する場合がある。干渉が生じたので
は測定子等を破損するばかりか測定を中断しなければな
らない。

このことは測定能率を向上させるには測定子４５と測定
対象物１との相対移動速度ないし時間を最短とすべしと
する周知事項を遵守するときに比較的生じ易い問題であ
る。ここに、本実施例では、前記ＣＡＤパート２２で生
成された測定対象物１の形状相当の立体図形（形状図形
）および測定子等形状をそれぞれ一層単純な形状図形に
置換し、この単純形状図形同志により両者４５．１の干
渉の有無を評価できるよう自動干渉チェック機能が形成
されている。これを第８図、第９図を参照して詳述する
と、第８［ｍ（Ａ）が測定子４５およびスピンドル３８
の実際形状、同（Ｂ）が測定対象物１の実際形状とされ
ると、第９図に示した如く単純形状８，９と置換し両者
４５，１等の干渉をチェックできる。つまり、第８図に
示された実際形状で凹凸等があり、これに習って干渉チ
ェックをしたのでは時間労力が膨大となってしまう。そ
こで、例えば、第９図の如く測定子４５の形状をその軸
線８で置換し、測定対象物１の形状を基準三次元（Ｘ、
Ｙ、Ｚ）座標軸に平行な面から形成された直方体９で置
換してチェックできるようにすれば安全確実な評価を迅
速に行うことができるわけである。なお、置換すべき形
状は測定対象物等の形態により任意に選択できる。また
、測定点数自動配置機能は複数の測定点があるときに所
定の精度で測定できる最適な位置で両者４５，１が関与
できるよう自動的に配置しようとするものである。例え
ば、穴の直径およびその軸心を求めるときに三点法によ
る３つの測定点数を指示すればされた測定情報を測定の
実際に応じ、多くは時系列的に編集する機能である。さ
らに、測定マクロ機能は同一、類似等形状の測定手順を
マクロとして登録しておきそれを繰り返し利用すること
によって測定情報の迅速作成を達成するものである。

これは使用者の固有的な測定基準に合った測定値−，シ 置や点数の決定方法、その他ノウノλつ等をもア嫌ジョ
ン・ルールとして登録利用することにも利用できる。

なお、ＣＡＤデータベース２６、マクロデータベース２
７、測定データベース２８は全体として処理の簡単化、
迅速化ならびに記憶要素として機能させるためのもので
ある。

一方、人力装置１１は、ＣＡＤパート２２、測定バート
２４を一体的とした中央処理システムと会話方式によっ
てそれらバー）２２．２４を所定動作させるための諸元
諸量を選択、指令、設定ならびに確認するためのもので
あり、第１図、第２図に示したようにキーボード１３、
入力板１６、入力ペン１７等から構成される。従って、
測定評価目的、測定位置、測定点数等を設定等すること
ができる。入力板１６と入力ペン１７による設定等の機
能は第３図に示す如くである。また、ディスプレイ１２
に表示された図形を直接ヒツトしたりすることができる
。

また、補助手段６０は、一般的な設計工程、加工工程に
関する処理を行うＣＡＤシステム６１、データベース６
２および補助ファイル６３からなり、本実施例において
は数字、記号で表現されたような具体的図形でない設計
データを直接的に三次元測定支援装置２１に入力できる
よう設けられたものである。測定工程に関する処理を含
まない一般的市販品につき詳細説明は省略する。

次にこの実施例の作用について説明する。

なお、便宜的に時間要素は省略し構成要素に関連して説
明するものとする。

（設定等） 測定手順教示手段１０の入力装置１１によって行う。

キーボード１３、入力板１６と入力ペン１７を操作し、
またときにディスプレイ１２も利用する。

（１）測定開始条件の設定 新規に測定情報を作成するときには測定データベース２
８から当該データを、また追加、挿入等の場合には編集
の対象である既存のデータを呼び出し宣言することによ
りオペレーション開始条件が成立する。

（２）基本条件の設定 測定作業に必要な形式等測定機や測定子に係る情報、座
標系の情報、公差等級の情報等の基本条件を選択、設定
する。

（３）測定評価目的の設定 測定対象物の測定面を指定するとともに評価目的を設定
する。代表的な測定評価目的を挙げれば下記の通りであ
る。

（ａ）位置、位置差 （ロ）距離（投影距離、空間距離） （Ｃ）角度（実角度、投影角度、空間角度）（ｄ）固有
量照合（径、円錐テーパー角度）（ｅ）　Ｍ何偏差照合
（真直度、平面度等々）（ｆ）姿勢偏差照合（平行度、
直角度等々）（ロ）振れ偏差照合（円周振れ） （４）測定方法の設定 上記で設定された測定評価情報を測定子４５と測定対象
物１とを相対移動させる移動系路を決定するために、さ
らに以下のような具体的事項を設定、指令等する。

（ａ）測定点数の設定 （ｂ）測定範囲の指定 これは、加工により生じまたは生じる虞れのある測定対
象物の″だれ″、′°がえり゛、°゛中高′あるいは“
°中門′°等領域に対する処置策として有効である。

（Ｃ）測定位置の決定および指示 （ｄ）測定子の誘導条件の指示 （ｅ）干渉チェック機能を選択、指定 （５）測定情報の編集 （形状図形の作成） 入力装置ＩＩの操作により、ＣＡＤシステム６１を含む
補助手段６０からの設計データ（図形イメージ）を入力
きし図形処理機能（面形状図形生成機能、立体形状図形
生成機能、パラメトリック図形生成機能、公差属性機能
）でそれを変換しつつ測定データベースである測定面す
なわち測定対象物１の形状相当の三次元的形状図形をＣ
ＡＤバート２２によって作成する。

（測定情報の作成） 測定情報は、入力装置１１の前記測定条件に基づきかつ
各データベース２６，２７．２８のデータを適宜利用し
ながら測定パート２４によって作成する。

測定パート２４では、ＣＡＤパート２２と有機的に作用
しつつ設定された前記基本条件、測定評価目的、測定点
数、測定範囲等に基づいて与えられた測定点数を満足す
るように測定範囲内に測定位置を自動決定するとともに
測定子４５と測定対象物１（相当形状図形）との移動系
路（プローブ・バス）の決定を行う。これは、前記測定
子４５の誘導条件の指示により“イニシャル平面°゛、
°“リトラクト平面°゛等の中間経由平面を利用して効
率的に行われる。また、異なる測定評価でも部分的移動
系路を共有し作業能率を上げながら実行できる。この際
、移動糸路決定に対しては、アニメーション機能を有す
るプローブ動作シュミレーション機能を利用することが
有効である。グラフィック・ディスプレイ１２を利用し
て目視確認もできる。

また、自動干渉チェック機能により測定子４５と測定対
象物１の干渉の有無がチェックされるので実用的信転性
の高い移動系路が確立できる。なお、自動干渉チェック
機能には全体としであるいは段階的なチェックもするこ
とができ、さらに目視確認、自動計算等によっても静的
および動的なチェックができるよう形成されているので
要部を重点的に能率よくチェックできる。

このようにして、測定手順教示手段１ｏは前記編集操作
により測定情報データの時系列管理を利用して、変更、
削除、挿入等を行い実用的測定情報を編集し、その後Ｃ
ＡＤデータベース２６で当該三次元測定機処理系の命令
に変換しつつポストプロセッサ２９を介し出力すれば、
これを受けた制御ユニット５２に測定手順プログラムを
格納することすなわち測定手順を教示することができる
。

かくして、三次元測定ＩＩａ３０は、基準測定対象物な
いし実際の測定対象物を製作し利用しないで作成された
測定手順教示手段１０から教示された測定手順に基づい
て迅速で正確な測定対象物１の測定、検査を行うことが
できる。

従って、この実施例によれば、三次元測定機３０は測定
手順教示手段１０を備え構成され、かつ測定手順教示手
段１０では基準測定対象物を利用しなくとも当該測定対
象物に対応した測定手順を予め作成することができるか
ら従来の如く経済的、時間的、人材的な過大負担と不利
不便をしいられることなく迅速で正確な測定、検査をす
ることができる。このことは多品種少量生産においても
全体として生産能率を飛躍的に向上させることができる
とともに、この種三次元測定機の普及を一段と拡大する
ことができることを意味するものである。

また、測定手順教示手段１０は、入力装置１１と三次元
測定支援装Ｗ２１とから形成され、ディスプレイ１２等
を利用した会話方式に構成されているから能率よく測定
情報を作成できるとともに設計工程、加工工程に力点を
おいた市販ＣＡＤシステムの抽象的図形データをそのま
ま基本データと利用できるよう構成されているから設計
データの有効利用が達成でき設計−製品完成までを一貫
的に迅速に完遂することができる。

さらに、三次元測定支援装置２１はＣＡＤパート２２と
測定パート２４等から形成され、ＣＡＤバート２２では
設計データから直接的に測定対象物の形状相当の形状図
形を作成できる。しかも測定パート２２とは独立的に機
能できるから何時でも設計データさえあれば各種三次元
的形状図形を作成しておくことができる。また、測定パ
ート２４はＣＡＤパニト２２で作成された具体的図形を
巧みに利用して測定位置の決定から移動系路の決定なら
びに干渉チェック等が行なえるので、測定精度の向上を
確約できるとともに最短時間の測定を安全確実に達成す
ることができる。

なお、以上の実施例では測定手順教示手段１０を制御装
置５１とは別個独立に構成したが、要は基準測定対象物
を製作しなくともそれを利用して作成した測定手順プロ
グラムを作成できる測定情報を教示する機能を設ければ
よいからハード構成上は両者１０．５１を一体的に形成
してもよい。

ただし、実施例のように形成すると制御装置５１により
測定を実施しつつ、これと別個独立して他の測定対象物
１に対応する測定情報を作成することができるシステム
形成が容易となる利点を有する。

もとより本体３１は載物台４２の移動型としたが測定子
４５と測定対象物１とを三次元方向に相対移動して測定
するものであればその構成は限定されずに本発明が適用
される。因みに、測定子４５とは上記実施例は検出器た
るタッチ信号プローブ４４に一体的に設けられたもので
あったが、光学的な検出器とする場合にはその光軸の如
く機械式、接触式のものに限定されない。さらに、本発
明においては、測定手順教示手段１０に設計データを入
力できればよいから汎用的なＣＡＤ／ＣＡＭシステムを
必須の構成要件とするものではない。

〔発明の効果〕

本発明は、実際に測定対象物を製作しなくとも当該測定
対象物の形状相当の形状図形を生成しつつ迅速かつ正確
に測定手順プログラムを作成できるという優れた効果を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る三次元測定機の全体構成図、第２
図は同じく測定手順教示手段の全体構成を示す外観斜視
図、第３図は同じく入力装置の入力板の平面図、第４図
は同じ＜　ＣＡＤパートで生成した形状図形を示す外観
図、第５図は同じくＣＡＤパートにおける形状図形の生
成方法を示す説明図、第６図は同しく　ＣＡＤパートに
おける組合せ方式により生成された形状図形を示す外観
図、第７図は同じ（ＣＡＤパートにおけるパラメトリツ
ク図形機能に基づく形状図形の生成方法を示す説明図、
第８図は同じく測定子および測定対象物の外観斜視図、
第９図は同じく第８図に対応させた置換後の外観斜視図
および第１０図は従来の三次元測定機の全体構成図であ
る。 １・・・測定対象物、１０・・・測定手順教示手段、１
１・・・入力装置、２１・・・三次元測定支援装置、２
２・・・ＣＡＤパート、２４・・・測定パート、３０・
・・三次元測定機、３１・・・本体、４５・・・測定子
、５１・・・制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）測定対象物と測定子とを三次元方向に相対移動可
   能に形成された本体とこの本体を所定の手順で駆動する
   とともに測定対象物と測定子との相対移動変位量を利用
   して測定対象物の形状、寸法を測定する制御装置とから
   構成された三次元測定機において、 設計データを変換して測定対象物の形状相当の形状図形
   データを生成するための図形処理機能を有するＣＡＤパ
   ートとこのＣＡＤパートで生成された形状図形データを
   基に測定条件を加味して前記制御装置へ出力する測定手
   順を教示するための測定情報を生成する測定パートとを
   含み形成された三次元測定支援装置とこの三次元測定支
   援装置に前記測定条件等を設定、指令等するための入力
   装置とから構成された測定手順教示手段を備え、基準測
   定対象物がなくとも当該測定対象物の測定手順プログラ
   ムを作成できるよう構成したことを特徴とする三次元測
   定機。