(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物を測定するためのプローブと、該プローブを駆動する駆動制御装置と、該プローブの移動量を検出するエンコーダとを備えた座標測定機によって、コンピュータに格納されたパートプログラムを実行して自動測定を行う座標測定機のプローブ駆動制御方法において、
作業者が手動測定しようとする幾何形状を指定するステップと、
前記プローブを駆動し前記被測定物の表面を手動測定して点座標値と測定方向ベクトルを一時記憶するステップと、
前記点座標値に対して前記幾何形状をあてはめて該幾何形状を特定するパラメータを算出するステップと、
前記特定された幾何形状のパラメータに基づいて前記点座標値において前記被測定物の表面に垂直なベクトルを求めるステップと、
前記測定方向ベクトルを前記垂直なベクトルで置き換えると共に前記点座標値と合せて前記パートプログラムに記録するステップと、
を備えたことを特徴とする座標測定機のプローブ駆動制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の座標測定機のプローブ駆動制御方法において、
前記幾何形状を特定するパラメータを算出するステップでは、前記被測定物が基準面を有するときは、前記点座標値を該基準面に投影し、該投影された点に基づいて該幾何形状を特定するパラメータを算出する、
ことを特徴とする座標測定機のプローブ駆動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、座標測定機に係り、特にプローブを被測定物に対して垂直な方向からアプローチさせるための駆動制御に関する。
【０００２】
【背景技術】
定盤に載置された被測定物の寸法を測定する装置として、プローブ移動機構に対してコンピュータ駆動制御可能な座標測定機が周知である。通常、座標測定機はそれぞれ直交するＸ，Ｙ，Ｚ駆動軸を有し、Ｚ駆動軸の先端に測定のためのプローブが取り付けられ、さらにプローブの先端には測定子が取り付けられている。座標測定機は、この測定子の中心座標値をＸ，Ｙ，Ｚ各駆動軸に配設されたエンコーダにより計測している。
【０００３】
座標測定機で測定する被測定物の多くは、機械加工された金属部品であり、その幾何形状は平面、円、楕円、球、円筒、円錐、などの幾何要素の組み合わせから構成されていることが多い。座標測定機は、この幾何要素単位の集合として計測して幾何形状の寸法を求めることができる。すなわちこの幾何形状上の任意の点の座標値を複数測定して、これらの点に対して円、平面などの幾何要素を最小自乗法等のあてはめ手法を使って幾何形状を特定するパラメータを算出する。例えば平面であればこの平面上の任意の１点の座標値とこの平面に垂直な単位法線ベクトルが平面を特定するパラメータである。
【０００４】
測定作業は、作業者がジョイスティックを使って座標測定機のＸ，Ｙ，Ｚ駆動軸を操作して測定子を移動させて被測定物を計測することができるが、同じ形の被測定物が複数存在する場合、毎回作業者がジョイスティックを使って測定していたのでは効率が悪く、また測定子を接触させる位置も毎回ずれる可能性があり測定結果の信頼性に問題がある。
【０００５】
そこで上記のような問題を解決するため、最初に１度だけ作業者がジョイスティックを使って１つの被測定物に対して測定作業を行うと共にその操作の内容を記録したパートプログラムファイルを作成する。他の同じ形の被測定物の測定は、このパートプログラムファイルに書かれている手順内容を座標測定機の駆動制御装置に逐次実行させることにより自動測定を行うことができる。従ってジョイスティックを使った測定作業は最初の１回だけで、その後はコンピュータによる制御で自動測定が可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のパートプログラムファイルに記録された測定子の移動経路は、作業者がジョイスティックを使って操作した経路そのままであるので、必ずしも測定子は被測定物の面に対して垂直な方向からアプローチして被測定物に接触しているとは限らない。例えば、理想的には図３（ｂ）に示すように、被測定物の面Ｓに対してベクトルＶ２のごとく測定子が面Ｓに対して垂直にアプローチして測定点Ｐ２を得ることが望ましいが、実際には図３（ａ）に示すように、ジョイスティックの操作によっては面Ｓに対してやや斜めに測定方向ベクトルＶ１が設定されてしまうことがある。この場合、測定子が面Ｓに接触した後、わずかに測定子がベクトルＶＳの方向に滑って計測誤差が発生してしまうことがある。この操作内容がパートプログラムファイルにそのまま記録され、その後の自動測定でこのパートプログラムファイルが実行されれば、同様な計測誤差が発生してしまう可能性がある。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、座標測定機を自動制御するパートプログラムファイルに記録された測定方向ベクトルを、被測定物の面に垂直な方向に変更してより信頼性の高い自動測定を可能とする、座標測定機のプローブ駆動制御装置およびプローブ駆動制御方法を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、被測定物を測定するためのプローブと、該プローブを駆動する駆動制御装置と、該プローブの移動量を検出するエンコーダとを備えた座標測定機によって、コンピュータに格納されたパートプログラムを実行して自動測定を行う座標測定機のプローブ駆動制御方法において、作業者が手動測定しようとする幾何形状を指定するステップと、前記プローブを駆動し前記被測定物の表面を手動測定して点座標値と測定方向ベクトルを一時記憶するステップと、前記点座標値に対して前記幾何形状をあてはめて該幾何形状を特定するパラメータを算出するステップと、前記特定された幾何形状のパラメータに基づいて前記点座標値において前記被測定物の表面に垂直なベクトルを求めるステップと、前記測定方向ベクトルを前記垂直なベクトルで置き換えると共に前記点座標値と合せて前記パートプログラムに記録するステップと、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、前記幾何形状を特定するパラメータを算出するステップでは、前記被測定物が基準面を有するときは、前記点座標値を該基準面に投影し、該投影された点に基づいて該幾何形状を特定するパラメータを算出することが好ましい。
【００１０】
ティーチング作業時に測定される所定幾何形状を構成する測定点に対して、所定幾何形状モデルをあてはめる。この所定幾何形状モデルに対して垂直でかつ前記各測定点を通るベクトルを算出可能である。次にこの求められたベクトルを測定方向ベクトルとすると共に前記測定点を目標測定点座標としてパートプログラムファイルに記録する。次にこのパートプログラムファイルから前記目標測定点座標と前記測定方向ベクトルを読み出して駆動制御装置へ入力して座標測定機を自動運転することにより、被測定物の面に対して略垂直な方向からプローブをアプローチさせて各測定点の座標を取得することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を用いた好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、全図中において同一符号を付したものは同一構成要素を表わしている。
図１に本発明の好適な実施の形態におけるブロック図を示す。それぞれ直交するＸ，Ｙ，Ｚ駆動軸に、駆動制御装置２０からの信号により駆動制御されるＸ軸駆動モータ１２Ａ、Ｙ軸駆動モータ１２Ｂ、Ｚ軸駆動モータ１２Ｃ、および各駆動軸の移動量を検出してその値を駆動制御装置２０へ出力するＸ軸エンコーダ１３Ａ、Ｙ軸エンコーダ１３Ｂ、Ｚ軸エンコーダ１３Ｃが座標測定機１０に備えられている。この他に、先端に測定子が取り付けられこの測定子が被測定物と接触するとタッチ信号を発生するプローブ１４が備えられている。
【００１２】
駆動制御装置２０には前記Ｘ軸エンコーダ１３Ａ、Ｙ軸エンコーダ１３Ｂ、Ｚ軸エンコーダ１３Ｃ、プローブ１４からの信号が入力されるＣＰＵ２１とこのＣＰＵ２１からの信号およびジョイスティック操作盤４０からの信号が入力されるＸ軸モータ駆動回路２２Ａ、Ｙ軸モータ駆動回路２２Ｂ、Ｚ軸モータ駆動回路２２Ｃが備えられている。前記Ｘ軸エンコーダ１３Ａ、Ｙ軸エンコーダ１３Ｂ、Ｚ軸エンコーダ１３Ｃの読み取り値は絶えずＣＰＵ２１に取り込まれている。また、前記プローブ１４から、このプローブ１４の先端に取り付けられた測定子が被測定物に接触することにより矩型波状のタッチ信号が出力されＣＰＵ２１に入力される。また、ジョイスティック操作盤４０内のジョイスティック４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃを作業者が傾動させると、この傾動角度に比例した電圧信号が出力される。この電圧信号は駆動制御装置２０内の前記Ｘ軸モータ駆動回路２２Ａ、Ｙ軸モータ駆動回路２２Ｂ、Ｚ軸モータ駆動回路２２Ｃに入力され、さらに座標測定機１０の各駆動軸の駆動モータを駆動させて、プローブを移動させることができる。
【００１３】
ホストコンピュータシステム３０には前記ＣＰＵ２１との間でデータの送受信を行うホストコンピュータ３１と、このホストコンピュータ３１からの映像信号を表示するモニタ３２と、ホストコンピュータ３１へデータ等を入力するためのキーボード３３と、測定結果等を印字するプリンタ３４が備えられている。ホストコンピュータ３１から出力されるプローブの移動に関する指令をＣＰＵ２１へ入力したり、逆にＣＰＵ２１から出力される測定座標値データをホストコンピュータ３１へ入力可能である。ホストコンピュータ３１に格納されたプローブの移動経路等が記述されたパートプログラムファイルから、駆動指令を逐次読み出してＣＰＵ２１へ入力して座標測定機を自動運転させることが可能である。また、ジョイスティック４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃを操作して測定した一連の動作をパートプログラムファイルとしてホストコンピュータ３１内に記録することが可能である。例えば、作業者がジョイスティックを使って座標測定機のプローブを移動させて１度だけマスターワークを測定すると共にパートプログラムファイルを作成することができる。その後このマスターワークと同じ形の被測定物については、このパートプログラムファイルから駆動指令を逐次読み出してＣＰＵ２１へ入力して座標測定機を自動運転、自動測定させることができる。この測定動作を教示してパートプログラムを作成することをティーチングという。
【００１４】
次に図２を用いて本発明の好適な実施の形態に付いて説明する。
作業者がキーボード３３からティーチングを開始させるようにホストコンピュータ３１へ指令を入力すると共に、ティーチングの内容を記録するパートプログラムファイルの名称を指定する。この入力を完了するとＳ５０でティーチングを開始させる。
【００１５】
Ｓ５１以降、プローブ１４の移動経路や作業者がキーボード３３から指令した測定コマンドなどをパートプログラムファイルに記録開始する。
【００１６】
次にＳ５２において作業者がキーボード３３から測定しようとする幾何形状を指定すると共にパートプログラムファイルに記録する。例えば、被測定物上の平面を測定する場合は平面を、穴を測定する場合は円を指定する。ホストコンピュータ３１はこの直後に測定される複数の点座標値に対して前記指定された幾何形状のあてはめ計算を行い、幾何形状を特定するパラメータを算出することができる。
【００１７】
次にＳ５３において作業者はジョイスティック４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃを操作してプローブを移動させて、被測定物の平面上の点座標値を測定する。
【００１８】
次にＳ５４においてＳ５３で測定した点座標値およびこの測定の直前にプローブが動いた方向ベクトルを測定方向ベクトルとして一時記憶する。
【００１９】
次にＳ５５において指定した幾何形状を特定するのに必要な点数が測定されたかどうかをチェックして、まだ点数が足りないときはＳ５３へ戻る。また、必要な点数が満たされていればＳ５６へ進む。幾何形状を特定するためには、例えば直線は２点以上、円と平面の場合は３点以上、球は４点以上の点座標値のデータが必要である。
【００２０】
次にＳ５６において、測定した点座標値に対して指定された幾何形状のあてはめ計算を行い、幾何形状を特定するパラメータを算出する。例えば、穴の内壁面の３点を測定した場合、予め測定しておいた穴の上端の平面を基準面として、この基準面に前記３点を投影した点に対して円をあてはめ計算する。この計算により円の中心座標値と半径値が求められ、これに基準面の単位法線ベクトルのデータを合わせたデータがこの円を特定するパラメータとして記録される。
【００２１】
次にＳ５７において、上記幾何形状を特定するパラメータを基に各測定点を通り被測定物の表面に垂直なベクトルを求める。例えば、上記の穴の場合、図６に示すように穴の中心軸を通り各測定点に向かうベクトルを算出して測定方向ベクトルとする。
【００２２】
次にＳ５８において、Ｓ５４で一時記憶した測定方向ベクトルに代えて新たにＳ５７で求めたベクトルを測定方向ベクトルとして、測定点座標値とこの測定方向ベクトルをパートプログラムファイルに記録する。
【００２３】
次にＳ５９において、ティーチングを終了するかどうかの確認を行い、終了する場合はＳ６０に進み、ティーチングを続ける場合はＳ５２へ戻る。
【００２４】
以上、ティーチング作業が終了した後に、このパートプログラムファイルを使って座標測定機を自動で駆動させれば、ティーチング時に測定した被測定物上の点座標値を目指して、被測定物の面に対して垂直な測定方向ベクトルに基づきプローブをアプローチさせるように座標測定機のプローブが駆動制御されるようになる。
【００２５】
上記の説明では図６に示した穴の測定に限って説明したが、本発明は穴以外の幾何形状にも応用することが可能である。例えば、図４に示す直線または端面、図５に示す平面、図７に示す楕円、図８に示す円筒、図９に示す円錐、図１０に示す円管、図１１に示す楕円管等が上げられる。従って本発明は如何なる幾何形状であっても、幾何形状モデルがあてはめられこの幾何形状モデルに対して垂直方向のベクトルを算出できる限りにおいて、プローブを被測定物に対して垂直にアプローチさせるように座標測定機のプローブを駆動制御可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、座標測定機を自動制御するパートプログラムファイルにおける測定方向ベクトルを修正して、プローブを被測定物の面に垂直な方向からアプローチさせて測定することが可能である。従って、プローブが被測定物の表面に接触して滑って測定誤差を生じることがなく、より信頼性の高い自動測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る座標測定機システムのブロック図である。
【図２】同システムの動作手順を表わすフローチャートである。
【図３】測定方向ベクトルと測定点の関係を示す図である。
【図４】直線または端面の測定における測定方向ベクトルを示す図である。
【図５】平面の測定における測定方向ベクトルを示す図である。
【図６】穴の測定における測定方向ベクトルを示す図である。
【図７】楕円の測定における測定方向ベクトルを示す図である。
【図８】円筒の測定における測定方向ベクトルを示す図である。
【図９】円錐の測定における測定方向ベクトルを示す図である。
【図１０】円管の測定における測定方向ベクトルを示す図である。
【図１１】楕円管の測定における測定方向ベクトルを示す図である。
【符号の説明】
10  座標測定機
14  プローブ
20  駆動制御装置
30  ホストコンピュータシステム
31  ホストコンピュータ
40  ジョイスティック操作盤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003722549.tif 000009
【図９】
0003722549.tif 000010
【図１０】
0003722549.tif 000011
【図１１】
0003722549.tif 000012