(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定されたプログラムにしたがって、ワークに形成された長孔の周縁を探針で計測する三次元計測器による長孔計測方法であって、
前記長孔の計測に先だって、前記プログラムに設定された座標軸の原点に前記探針を下ろし、
前記原点から前記座標軸に沿って前記探針を移動して前記探針が前記長孔の周縁と接触する点を測定点とし、
複数の当該測定点の座標を測定し、
測定された複数の前記測定点の座標に基づいて前記長孔の計測開始点を設定し、
当該計測開始点を原点とする座標による前記長孔の径の長さと前記長孔の径の設計値とに基づいて、前記計測開始点を原点とする座標軸の前記プログラムに設定された座標軸に対する傾きを求めると共に、この傾きを補正するように前記計測開始点を原点とする座標軸を回転し、
当該座標軸の回転後、前記基準座標による前記長孔の径線の長さと長孔の径線の設計値の長さとを比較し、
前記長孔の径線の長さと長孔の径線の設計値の長さとが一致していなければ前記長孔の径線の長さと長孔の径線の設計値の長さとが一致するように再度前記計測開始点を原点とする座標軸を回転して前記ワーク上の座標である基準座標を設定し、
前記基準座標によって前記長孔を計測することを特徴とする三次元計測器による長孔計測方法。
【請求項２】
前記測定開始点は、前記基準座標が有する一つの軸上にあってかつ互いに対向する位置にある前記測定点からの距離が前記基準座標が有するすべての軸についてそれぞれ等しくなるように設定されることを特徴とする請求項１記載の三次元計測器による長孔計測方法。
【請求項３】
前記測定開始点は、前記基準座標が有する一つの軸上にあってかつ互いに対向する位置にある前記測定点からの距離が前記基準座標が有するすべての軸についてそれぞれ等しくなるまで前記基準座標が有する軸を繰り返して平行移動することにより設定されることを特徴とする請求項１または２に記載の三次元計測器による長孔計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークに形成された孔の形状を計測する方法に係り、特に三次元計測器による長孔計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車等の製造工程には、楕円状あるいは長方形状となっている孔（以下、長孔と言う）をワークに形成する長孔形成工程が含まれている。形成された長孔は、いわゆる三次元計測器で検査され、これが設計通りに形成されていた場合には孔形成の工程が正常に行なわれていると判断される。
【０００３】
図６は、三次元計測器による一般的な長孔の計測方法を説明する図である。
【０００４】
三次元測定器で長孔計測を行なう場合、探針（プローブ）を例えば点ｃに下ろし、図示しないコントローラによって移動させて長孔１の内壁に順次当接させ、プローブが内壁と当接するＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６の各点を点ｃを原点とする座標として記録する。計測者は、この各点の座標を長孔１の設計値と比較して長孔１が正常に形成されているか否かを判断する。
【０００５】
プローブを移動するコントローラには、計測開始点ｃの座標や、プローブをＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６の各点に移動する際の移動の軌跡が予めプログラムされており、常に一定の座標の点にプローブを下ろし、この点から常に一定の軌跡でプローブを移動するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特にワークの試作初期には、ワークのばらつきなどにより、長孔１がワーク上の設計された位置に形成されていない場合がある。しかしながら、コントローラには長孔１が設計通りに形成されているものとして計測開始点ｃやプローブの移動軌跡がプログラミングされている。よって、長孔１がワーク上の設計された位置に形成されていない場合、プローブが実際に下ろされた位置とプログラム上で設定された計測開始点ｃとの間にずれが生じる場合がある。
【０００７】
このような場合には、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６の各点を計測する原点がプログラムされた点と異なるために各点の計測された座標に誤差が生じることになり、長孔１を正しく評価することができないばかりでなく、計測途中でプローブが長孔１の内周面に当たってそれ以上移動することができず、計測が停止するといったことも起こり得る。
【０００８】
本発明は、上記の点に鑑みて行なわれたものであって、ワークのばらつきによらず長孔１を正確に計測すると共に、計測が途中で停止することなく行なわれる三次元測定器による長孔計測方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
以上述べた課題を解決するため、請求項１記載の発明は、設定されたプログラムにしたがって、ワークに形成された長孔の周縁を探針で計測する三次元計測器による長孔計測方法であって、前記長孔の計測に先だって、前記プログラムに設定された座標軸の原点に前記探針を下ろし、前記原点から前記座標軸に沿って前記探針を移動して前記探針が前記長孔の周縁と接触する点を測定点とし、複数の当該測定点の座標を測定し、測定された複数の前記測定点の座標に基づいて前記長孔の計測開始点を設定し、当該計測開始点を原点とする座標による前記長孔の径の長さと前記長孔の径の設計値とに基づいて、前記計測開始点を原点とする座標軸の前記プログラムに設定された座標軸に対する傾きを求めると共に、この傾きを補正するように前記計測開始点を原点とする座標軸を回転し、当該座標軸の回転後、前記基準座標による前記長孔の径線の長さと長孔の径線の設計値の長さとを比較し、前記長孔の径線の長さと長孔の径線の設計値の長さとが一致していなければ前記長孔の径線の長さと長孔の径線の設計値の長さとが一致するように再度前記計測開始点を原点とする座標軸を回転して前記ワーク上の座標である基準座標を設定し、前記基準座標によって前記長孔を計測することを特徴とするものである。
【００１０】
このように構成することによって、長孔計測に先だって、予め探針を計測のプラグラム上で設定された座標の原点に位置決めし、さらに計測で得た座標をプログラム上で設定された座標に合わせることができる。よって、例えばワークにばらつきがあって計測開始位置がずれたとしても、これを自動的に実際のワークの原点に合わせ、また、プログラム上で設定された座標に沿って長孔の計測を行なうようにすることができ、ワークのばらつきによる長孔計測のばらつきを抑えることができる。また、長孔が設計通りに形成されていない場合にプログラムにしたがって探針を移動しても、探針が停止するといったことがなくなり、効率的に長孔の計測を行なうことができる。また、基準座標の傾きの方向が判断でき、より確実に基準座標の傾きを補正することができる。よって、実ワーク座標による長孔計測の信頼性をより高めることができる。
【００１１】
また、請求項２記載の発明は、前記測定開始点は、前記基準座標が有する一つの軸上にあってかつ互いに対向する位置にある前記測定点からの距離が前記基準座標が有するすべての軸についてそれぞれ等しくなるように設定されることを特徴とするものである。
【００１２】
このように構成することによって、測定開始点すなわち基準座標の原点を前記長孔の径線が交わる位置に設定することができる。
【００１３】
また、請求項３記載の発明は、前記測定開始点は、前記基準座標が有する一つの軸上にあってかつ互いに対向する位置にある前記測定点からの距離が前記基準座標が有するすべての軸についてそれぞれ等しくなるまで前記基準座標が有する軸を繰り返して平行移動することにより設定されることを特徴とするものである。
【００１４】
このように構成することによって、測定開始点すなわち基準座標の原点を比較的簡易に前記長孔の径線が交わる位置に設定することができる。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１記載の発明は、ワークのばらつきによる長孔計測のばらつきを抑えることができる。また、長孔が設計通りに形成されていない場合にプログラムにしたがって探針を移動しても、探針が停止するといったことがなくなり、効率的に長孔の計測を行なうことができる。さらに、基準ワーク座標による長孔計測の信頼性をより高めることができる。
【００１８】
請求項２記載の発明は、測定開始点すなわち基準座標の原点を前記長孔の径線が交わる位置に設定することができる。
【００１９】
請求項３記載の発明は、測定開始点すなわち基準座標の原点を比較的簡易に前記長孔の径線が交わる位置に設定することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図面を用いて説明する。
本実施の形態は、本発明の三次元測定器による長孔計測方法を自動車のパネルに形成された長孔に適用した例を示すものである。
【００２２】
図１は、一般的な三次元測定器の概略構成を説明する図である。
プローブ１０は、ワークの表面に接触させて、各部の座標を入力するために用いられる。このプローブ１０は、プローブ駆動部１５によって動かされる。また、プローブ１０の接触位置の座標は、座標測定部２０によって測定される。測定動作制御部３０は、プローブ駆動部１５の動作を制御したり、座標測定部２０によって測定された座標を記憶したりするものである。
【００２３】
プローブ駆動部１５は、動作制御部３０に記憶されているプログラムにしたがって動作する。このプログラムでは、長孔１がワーク上に設計通り形成されている場合の長孔１の計測開始点の座標や、測定を行なう際のプローブ１０の移動軌跡が設定されている。
【００２４】
図２は、図１に示した構成を有する三次元測定器による長孔１の計測方法を説明する図である。
図２の長孔１は、楕円形状を有しており、その短径が２Ｌ０  の長さを有しており、設計された位置からずれて形成されているものとする。
【００２５】
本来、本実施の形態の動作制御部３０では長孔１の計測に際して長径と短径との交点ｃ（実ワーク中心点）を計測開始点として、短径に沿う方向の軸ｐと長径に沿う方向の軸ｑとに沿ってプローブを移動し、軸ｐ、軸ｑ（実ワーク座標軸）に基づいて決定される座標（ｐ，ｑ）（実ワーク座標）を用いて長孔１の内周面と当接する点の座標を計測している。
【００２６】
しかし、前述したように図２の長孔１は、設計された位置からずれているためにプローブ１０の下ろされる位置が点ｃ１にずれてしまうことになる。本実施の形態では、以下に述べる方法によって点ｃ１に下ろされたプローブ１０を実ワーク中心点ｃに移動させ、実ワーク中心点ｃから長孔１の計測を開始できるようにしている。
【００２７】
先ず、図２（Ａ）に示したように、動作制御部３０に記憶されているプログラムにしたがって点ｃ１からプローブ１０を動作させる。このときプローブ１０は、点ｃ１を原点（０，０）とする直交座標系をなすｖ軸、ｗ軸（仮基準座標軸）の正負方向に移動され、長孔１の内周面に順次接触した点▲１▼、点▲２▼、点▲３▼、点▲４▼の位置を、それぞれ仮基準座標軸を用いて表される座標（仮基準座標）（ｖ１，ｗ１）、（ｖ２，ｗ２）、（ｖ３，ｗ３）、（ｖ４，ｗ４）として測定し、動作制御部３０に記憶する。なお、この各座標測定の原点とした点を仮中心点ｃ１と記す。
【００２８】
次に、図３で説明する方法によって、長孔１の計測に先だってプローブ１０を仮中心点ｃ１から実ワーク中心点ｃに移動させている。
すなわち、図３（Ａ）に示した点▲１▼（ｖ１，ｗ１）、点▲３▼（ｖ３，ｗ３）の座標から、点▲１▼、点▲３▼とそれぞれ等しい長さにある点、すなわち（（ｖ１−ｖ３）／２，（ｗ１−ｗ３）／２）を求め、この点（図３（Ｂ）中に点ａと記す）で軸ｖが軸ｗと交わるように軸ｖを平行移動する。さらに、点▲２▼（ｖ２，ｗ２）、点▲４▼（ｖ４，ｗ４）の座標から、点▲２▼、点▲４▼とそれぞれ等しい長さにある点、すなわち（（ｖ４−ｖ２）／２，（ｗ４−ｗ２）／２）を求め、この点（図３（Ｃ）中に点ｂと記す）で軸ｖが軸ｗと交わるように軸ｗを平行移動する。
【００２９】
そして、図３（Ｃ）の点ｂを新たな仮中心点ｃ２とし、プローブ１０を仮中心点ｃ２に移動して動作制御部３０に記憶されているプログラムにしたがって点ｃ２から動作させ、長孔１の内周面に順次接触した点▲５▼、点▲６▼、点▲７▼、点▲８▼の位置を座標として測定する（図３（Ｄ））。
【００３０】
以上の手順によって、軸ｖおよび軸ｗ上にある２つの測定点から等しい距離にある点を仮中心点として繰り返し求め（図２（Ｂ））、仮中心点からの軸ｗ上にある２つの測定点の座標までの距離がそれぞれ等しく、また、仮中心点から軸ｖ上にある２つの測定点の座標からの距離がそれぞれ等しくなった場合、この仮中心点が実ワーク中心点ｃと一致したものと判断する（図２（Ｃ））。
【００３１】
次に、仮基準座標軸の実ワーク座標軸に対する傾きを補正し、仮基準座標を実ワーク座標に変換する基準座標を求める方法を図４を用いて説明する。
図４中に示す仮基準座標軸は、原点が実ワーク中心ｃと一致しており、仮基準座標軸のｗ軸は、長孔１の周縁と点ｍ（ｖ，ｗ）で交わっている。また、仮基準座標軸は、実ワーク座標軸に対して角度θの傾きを持っているものとする。このとき、実ワーク中心ｃから長孔１の周縁までの軸ｗの長さＬと、長孔１の短径の長さＬ０  とから、
θ＝ｃｏｓ−１（Ｌ／Ｌ０  ）
の式を用いて仮基準座標軸の実ワーク座標軸に対する角度θが求められる。なお、長さＬは、測定点ｍのｗ軸座標の値に等しく、Ｌ０  は、測定動作制御部３０に記憶されている値であるから、角度θを求める演算は比較的簡易に行なうことができる。
【００３２】
以上のようにして角度θを求め、この角度θが０となるように仮基準座標を時計回りに回転させるように座標変換し、実ワーク座標と一致させる。また、座標変換された仮基準座標を基準座標とする。基準座標は、この後に行なわれる長孔１の計測に用いられる座標である。
【００３３】
ところで、以上の処理では実ワーク座標軸に対する仮基準座標軸の傾きの方向を判定することができない。つまり、軸ｗが、図４に示す軸ｗ´のように傾いていた場合には、基準座標の軸をθ度時計回りに回転することによって実ワーク座標軸に対する仮基準座標軸の傾きがさらに大きくなり、仮基準座標軸の傾きを補正することはできないことになる。
【００３４】
したがって、本実施の形態では、仮基準座標軸の回転の後にさらに長さＬを求め、この長さが長さＬ０  と一致するか否かを判定する。そして、長さＬが長さＬ０  に一致していた場合には仮基準座標が実ワーク座標と一致したと判断し、長さＬが長さＬ０  に一致していない場合には回転方向を変えて再度仮基準座標軸を回転する、あるいは同じ回転方向に再度仮基準座標軸を３６０−θ度回転するよう座標変換することによって仮基準座標軸を実ワーク座標軸と一致させる。
【００３５】
以上述べた処理により、プローブ１０は仮基準座標軸に沿って移動して測定点の座標を計測する。計測された座標は、すべて角度θ回転するように変換されることになり、実ワーク座標を基準に計測されたのと同じように記録される。測定動作制御部３０は、この変換された座標に基づいて測定点の位置を認識するので、予め設定されたプログラム通りに計測の結果を処理することができる。
【００３６】
したがって、ワークのばらつきなどによって三次元測定の測定開始点が実ワーク中心点ｃからずれた場合にも、三次元測定に先だってプローブ１０を測定開始点に移動し、ここから長孔１の形状を計測することができる。よって、ばらつきのあるワーク上に形成された長孔に対して予めプログラミングされた実ワーク座標に沿ってプローブを移動して計測を行なった場合にも、計測された座標は基準座標によって実ワーク座標に変換され、長孔１を正確に計測することができる。
【００３７】
また、計測途中でプローブが長孔１の周縁に当たって計測が中断することを防ぐことができる。
【００３８】
図５は、以上説明した本実施の形態の処理を説明するフローチャートである。本実施の形態で行なう処理では、先ずプローブ１０が下ろされた位置を最初の仮中心点としてこの座標を測定する。なお、この仮中心点は、仮基準座標軸の原点である。（Ｓ１）。次に、ステップ１で測定した仮中心点を原点とする仮基準座標軸に沿ってプローブを４方向に移動し、長孔１の内周に接触した４点の測定を行ない（Ｓ２）、４点全ての測定が終了すると（Ｓ３）、図３で説明した方法によって次の仮中心点を算出する（Ｓ４）。
【００３９】
そして、ステップ４で算出された仮中心点と測定された４点との測定点との座標から、軸ｖ上にある二つの測定点から仮中心点までの距離がそれぞれ等しく、また、軸ｗ上にある二つの測定点から仮中心点までの距離がそれぞれ等しい場合には、この仮中心点が実ワーク中心点ｃと一致していると判断する（Ｓ５）。また、この仮中心点が実ワーク中心点ｃからずれていた場合には、再び仮中心点を原点にして仮基準座標軸と長孔１の周縁との４つの交点を測定し（Ｓ２）、次の仮中心点を算出する（Ｓ４）。
【００４０】
この判断で、仮中心点が実ワーク中心点ｃと一致した場合には、この仮中心点を通る軸ｗのｗ座標の値Ｌと長孔１の短径のＬ０  の１／２の値から仮基準座標軸と実ワーク座標軸とのなす角度を算出し（Ｓ６）、算出された角度を補正するために軸ｗ、軸ｖを回転させるように仮基準座標を変換する（Ｓ７）。この回転の後、ＬをＬ０  と比較して仮基準座標軸の回転方向を確認する（Ｓ８）。
【００４１】
以上述べた本実施の形態は、長孔１の計測に先だって、予めプローブ１０を実ワーク中心点ｃに位置決めし、さらに計測に用いる座標軸をも実ワーク座標に合わせることができる。よって、例えばワークにばらつきがあって長孔１がワーク上の設計された位置に形成されていないことによって計測開始位置がずれたとしても、これを自動的に実ワークの原点に合わせて長孔の計測を開始することができ、ワークのばらつきによる長孔計測のばらつきを抑えることができる。
【００４２】
また、長孔が設計通りに形成されていない場合にプログラムにしたがって探針を移動しても、探針が停止するといったことがなくなり、効率的に長孔１の計測を行なうことができる。
【００４３】
また、本実施の形態は、長孔１の短径、長径の各中心点をワーク中心点とした場合、比較的簡易に基準座標の原点を実ワーク中心点に変換することができる。
【００４４】
また、本実施の形態は、仮基準座標軸の実ワーク座標軸に対する傾きの方向が判断でき、より実ワーク座標による長孔計測の信頼性をより高めることができる。
【００４５】
なお、以上説明した本実施の形態は、長孔として上面から見た形状が楕円であるものを例示したが、本発明は、このような長孔の計測に限定されるものではなく、例えば上面から見た形状が長方形である長孔に適用することも可能である。
【００４６】
また、以上説明した本実施の形態では、仮基準座標軸を２軸設定し、仮基準座標軸と長孔の周縁との交点を４点測定する例を示したが、この仮基準座標軸はさらに多く設定しても良いし、より多くの測定点を設定することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な三次元測定器の構成を説明するブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態の三次元測定器による長孔計測方法を簡単に説明する図である。
【図３】図１中の４つの点▲１▼、点▲２▼、点▲３▼、点▲４▼の座標から、実ワーク中心点を求める方法を説明する図である。
【図４】本発明の一実施の形態の基準座標軸を求める方法を説明する図である。
【図５】本発明の一実施の形態の処理を説明するフローチャートである。
【図６】三次元計測器による一般的な長孔の計測方法を説明する図である。
【符号の説明】
１…長孔
１０…プローブ
１５…プローブ駆動部
２０…座標測定部
３０…測定動作制御部
ｐ，ｑ…実ワーク座標軸
ｖ，ｗ…仮基準座標軸
【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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