(57)【要約】【課題】被測定物の重心位置を正確に把握することができる重心測定システムおよび重心測定方法を提供する。【解決手段】被測定物を載置する載置台、プローブ１２およびこれらを三次元方向へ相対移動させる相対移動機構１３を有し、被測定物の形状を測定する三次元測定機１０と、載置台の重心位置を測定する重心測定装置２０と、三次元測定機の座標系と重心測定装置の座標系とを一致させるとともに、三次元測定機によって測定された被測定物の形状データに、重心測定装置で測定された重心位置を合成するデータ処理装置３０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物を載置する載置台、プローブおよびこれらを三次元方向へ相対移動させる相対移動機構を有し、前記被測定物の形状を測定する三次元測定機と、
前記被測定物を含む前記載置台の重心位置を測定する重心測定装置と、
前記三次元測定機によって測定された被測定物の形状データに、前記重心測定装置で測定された重心位置を合成するデータ処理装置と、
を備えたことを特徴とする重心測定システム。
【請求項２】
被測定物を載置する載置台、プローブおよびこれらを三次元方向へ相対移動させる移動機構を有し、前記被測定物の形状を測定する三次元測定機と、前記被測定物を含む前記測定台の重心位置を測定する重心測定装置とを備えた測定システムを用いて、前記被測定物の重心位置を測定する重心測定方法であって、
前記三次元測定機によって、前記被測定物の形状を測定する形状測定ステップと、
前記重心測定装置によって、前記被測定物が載置された前記測定台の重心位置を測定する重心測定ステップと、
前記三次元測定機によって測定された被測定物の形状データに、前記重心測定装置で測定された重心位置を合成する形状重心合成ステップと、
を備えることを特徴とする重心測定方法。
【請求項３】
請求項２に記載の重心測定方法において、
前記三次元測定機の座標系と前記重心測定装置の座標系とを一致させる座標系処理ステップを備え、
前記座標処理ステップは、前記載置台の略中央に基準球を固定する第１ステップと、前記三次元測定機によって前記基準球を測定して基準球の中心位置を求める第２ステップと、前記重心測定装置によって前記基準球を載置した載置台の重心位置を求める第３ステップと、前記第２ステップで求められた基準球の中心位置と前記第３ステップで求められた重心位置とが一致するように、前記三次元測定機の座標系と前記重心測定装置の座標系とを一致させる第４ステップとを有する、ことを特徴とする重心測定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の重心測定方法において、
前記基準球を前記載置台の四隅に順次おいた状態において、前記載置台の重心位置をそれぞれ測定する、ことを特徴とする重心測定方法。
【請求項５】
請求項３に記載の重心測定方法において、
前記基準球を前記載置台の任意の３点に順次おいた状態において、前記載置台の重心位置をそれぞれ測定する、ことを特徴とする重心測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定物の重心位置を正確に測定することができる重心測定システムおよび重心測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
物品によっては、それが用いられる使用用途から、物品の形状データだけでなく、物品の重心位置を正確に把握したいという要請がある。例えば、回転体として使用される部品や、姿勢制御を伴うロボットに用いられる部品などでは、形状データだけでなく、重心位置が必要とされる。
【０００３】
従来、被測定物の重心位置を測定する装置としては、載置台を複数の荷重センサで支持し、これらの荷重センサにかかる荷重から、載置台に載置された被測定物の重心位置を測定する重心測定装置が知られている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５７−１５７１３３号公報
【特許文献２】特開平６−１２３６６９号公報
【特許文献３】特開２００９−９２５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の重心測定装置は、被測定物を載置台に乗せた状態において、その載置台の重心位置を測定しているだけであるから、つまり、被測定物自身を測定しているわけではないから、被測定物のどこの位置に重心があるかを定量的に把握できない。
また、三次元測定機で被測定物の形状を測定し、その測定した形状に基づいて、被測定物の重心位置を算出することができる。しかし、これは、被測定物の材質が均一である場合に限られ、材質が均一でない場合には重心位置を正確に算出できない。更に、被測定物の形状が複雑な場合や内部の状態が不明な場合にも、重心位置を正確に算出できない。
【０００６】
本発明の目的は、被測定物の材質や内部形状に拘わらず、被測定物の重心位置を正確に測定することができる重心測定システムおよび重心測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の重心測定システムは、被測定物を載置する載置台、プローブおよびこれらを三次元方向へ相対移動させる相対移動機構を有し、前記被測定物の形状を測定する三次元測定機と、前記被測定物を含む前記載置台の重心位置を測定する重心測定装置と、前記三次元測定機によって測定された被測定物の形状データに、前記重心測定装置で測定された重心位置を合成するデータ処理装置と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の重心測定方法は、被測定物を載置する載置台、プローブおよびこれらを三次元方向へ相対移動させる移動機構を有し、前記被測定物の形状を測定する三次元測定機と、前記被測定物を含む前記測定台の重心位置を測定する重心測定装置とを備えた測定システムを用いて、前記被測定物の重心位置を測定する重心測定方法であって、前記三次元測定機によって、前記被測定物の形状を測定する形状測定ステップと、前記重心測定装置によって、前記被測定物が載置された前記測定台の重心位置を測定する重心測定ステップと、前記三次元測定機によって測定された被測定物の形状データに、前記重心測定装置で測定された重心位置を合成する形状重心合成ステップと、を備えることを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、三次元測定機によって、被測定物の形状を測定するとともに、重心測定装置によって、被測定物が載置された載置台の重心位置を測定する。
そして、三次元測定機によって測定された被測定物の形状データに、重心測定装置によって測定された重心位置を合成する。
従って、被測定物の形状データに重心位置が合成されるから、被測定物の材質や内部形状に拘わらず、被測定物の重心位置を正確に把握できる。
【００１０】
本発明の重心測定方法において、前記三次元測定機の座標系と前記重心測定装置の座標系とを一致させる座標系処理ステップを備え、前記座標処理ステップは、前記載置台の略中央に基準球を固定する第１ステップと、前記三次元測定機によって前記基準球を測定して基準球の中心位置を求める第２ステップと、前記重心測定装置によって前記基準球を載置した載置台の重心位置を求める第３ステップと、前記第２ステップで求められた基準球の中心位置と前記第３ステップで求められた重心位置とが一致するように、前記三次元測定機の座標系と前記重心測定装置の座標系とを一致させる第４ステップとを有する、ことが好ましい。
【００１１】
このような構成によれば、まず、基準球を載置台の略中央に固定する。この状態において、三次元測定機によって基準球を測定して基準球の中心位置を求めるとともに、重心測定装置によって基準球を載置した載置台の重心位置を求めたのち、求められた基準球の中心位置と重心位置とが一致するように、三次元測定機の座標系と重心測定装置の座標系とを一致させるようにしたので、三次元測定機の座標系と重心測定装置の座標系とを、基準球を用いて簡単にかつ高精度に一致させることができる。
【００１２】
本発明の重心測定方法において、前記基準球を前記載置台の四隅に順次おいた状態において、前記載置台の重心位置をそれぞれ測定する、ことが好ましい。
このような構成によれば、基準球を載置台の四隅に順次おいた状態において、載置台の重心位置をそれぞれ測定するようにしたので、載置台の四隅に基準球をおいた測定結果から、つまり、載置台の四隅の重心測定結果から、重心測定装置の座標系の誤差（各軸方向の寸法誤差やゆがみ）や、傾きなどを把握することができる。そのため、これらの結果を基に、重心測定装置の座標系を補正することができるから、より高精度な重心測定が実現できる。
【００１３】
本発明の重心測定方法において、前記基準球を前記載置台の任意の３点に順次おいた状態において、前記載置台の重心位置をそれぞれ測定する、ことが好ましい。
このような構成によれば、基準球を載置台の任意の３点に順次おいた状態において、載置台の重心位置をそれぞれ測定するようにしたので、つまり、３点を囲む面の状態を求めることができるから、この測定結果から、重心測定装置の座標系の傾きなどを把握することができる。そのため、これらの結果を基に、重心測定装置の座標系を補正することができるから、より高精度な重心測定が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る重心測定システムを示す図。
【図２】同上実施形態で用いる三次元測定機を示す斜視図。
【図３】同上実施形態で用いる重心測定装置を示す平面図。
【図４】同上実施形態で用いる重心測定装置を示す側面図。
【図５】同上実施形態の座標処理ステップにおいて、基準球の配置状態を示す図。
【図６】同上座標処理ステップにおいて、基準球の形状測定結果を示す図。
【図７】同上座標処理ステップにおいて、基準球の重心測定結果を示す図。
【図８】同上実施形態の座標処理ステップにおいて、基準球の配置状態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜重心測定システムの説明（図１〜図４参照）＞
本実施形態に係る重心測定システムは、図１に示すように、被測定物Ｗの形状を測定する三次元測定機１０と、被測定物Ｗを含む載置台の重心位置を測定する重心測定装置２０と、三次元測定機１０によって測定された被測定物Ｗの形状データに、重心測定装置２０で測定された重心位置Ｇwを合成するデータ処理装置３０とを備える。
【００１６】
三次元測定機１０は、図２に示すように、上面に重心測定装置２０を介して被測定物Ｗを載置するテーブル１１と、被測定物Ｗの表面に接触されるスタイラスあるいは非接触式のＣＣＤカメラなどを有するプローブ１２と、テーブル１１とプローブ１２とを相対移動させる相対移動機構１３とを備える。
相対移動機構１３は、テーブル１１の上面に前後方向（Ｙ軸方向）へ移動可能に設けられた門型フレーム１４と、この門型フレーム１４の水平ビーム１４Ａに左右方向（Ｘ軸方向）へ移動可能に設けられたＸスライダ１５と、このＸスライダ１５に上下方向（Ｚ軸方向）へ移動可能に設けられ下端にプローブ１２を有するＺ軸スピンドル１６と、門型フレーム１４、Ｘスライダ１５およびＺ軸スピンドル１６を駆動させる各軸（Ｘ、Ｙ，Ｚ軸）駆動機構（図示省略）とを含んで構成されている。つまり、相対移動機構１３は、三次元移動機構によって構成されている。
【００１７】
重心測定装置２０は、被測定物を載置する載置台を有し、この載置台の重心位置、つまり、被測定物が載置された載置台の重心位置を測定できるものであれば、どのような構造のものであってもよい。例えば、背景技術で挙げた特許文献１〜３等でもよいが、一例として、特開昭56-138230号に開示された方法を説明する。
これは、図３および図４に示すように、矩形板状の載置台２１と、この載置台２１の四隅に配置された荷重センサ２２１，２２２，２２３，２２４と、これら荷重センサ２２１，２２２，２２３，２２４を支持する支持プレート２３と、各荷重センサ２２１，２２２，２２３，２２４と載置台２１の四隅との間にヒンジなどを介して連結配置されたシリンダ２４とから構成されている。
【００１８】
図３および図４に示す重心測定装置の場合、被測定物Ｗの重心位置ＧＷは、次の式から求めることができる。
Ｌ：荷重センサ２２１と荷重センサ２２４との距離
Ｂ：荷重センサ２２１と荷重センサ２２２との距離
Ｐ１〜Ｐ４：荷重センサ２２１〜２２４によって検出される荷重
とすると、被測定物Ｗの重心ＧＷのＸ，Ｙ軸方向（荷重センサ２２４を原点とするＸ，Ｙ，Ｚ軸方向）の位置ｘ，ｙは、
ｘ＝｛Ｐ１／（Ｐ１＋Ｐ４）｝Ｌ  または
ｘ＝｛Ｐ２／（Ｐ２＋Ｐ３）｝Ｌ
ｙ＝｛Ｐ３／（Ｐ３＋Ｐ４）｝Ｂ  または
ｙ＝｛Ｐ２／（Ｐ１＋Ｐ２）｝Ｂ
で求められる。
【００１９】
また、被測定物Ｗの重心ＧＷのＺ軸方向の位置ｚは、
ｚ＝（１／sinα）［ｙ・cosα−｛Ｐ３’／（Ｐ３’＋Ｐ４’）｝Ｂ｝］  または
ｚ＝（１／sinα）［ｙ・cosα−｛Ｐ２’／（Ｐ１’＋Ｐ２’）｝Ｂ｝］
で求められる。
なお、Ｐ１’〜Ｐ４’は載置台２１を傾斜角度αだけ傾けたときに荷重センサ２２１〜２２４によって検出される荷重である。
【００２０】
データ処理装置３０は、三次元測定機１０の駆動を制御するとともに、三次元測定機１０によって測定された測定データを取り込み、被測定物Ｗの形状などを測定する機能のほかに、三次元測定機１０の座標系と重心測定装置２０の座標系とを一致させるとともに、重心測定装置２０によって測定された重心位置データを取り込み、三次元測定機１０によって測定された被測定物の形状データに、重心測定装置２０で測定された重心位置を合成する機能を備える。被測定物の形状データに合成された重心位置データは、表示装置３１に表示される。
【００２１】
＜重心測定方法の説明（図５〜図７参照）＞
被測定物Ｗの重心位置を測定するにあたって、まず、三次元測定機１０の座標系と重心測定装置２０の座標系とを一致させる（座標系処理ステップ）。
これには、図５に示すように、載置台２１の略中央に基準球５０を固定する（第１ステップ）。
この後、三次元測定機１０によって基準球５０を測定して基準球５０の中心位置を求める（第２ステップ）。これには、三次元測定機１０のプローブ１２をＸ．Ｙ，Ｚ軸方向へ移動しながらプローブ１２を基準球５０に関与させて（つまり、タッチプローブでは基準球５０に接触、画像プローブでは基準球５０の画像を撮像して）、基準球５０の形状データを取り込み、この取り込んだ形状データを処理して基準球５０の中心位置を求める。すると、図６に示すように、三次元測定機１０の座標系によって、基準球５０の中心位置Ｃが求められる。
また、重心測定装置２０によって基準球５０を載置した載置台２１の重心位置を求める（第３ステップ）。すると、図７に示すように、重心測定装置２０の座標系によって、基準球５０を載置した載置台２１の重心位置ＧＤが求められる。
【００２２】
最後に、第２ステップで求められた基準球５０の中心位置Ｃと第３ステップで求められた重心位置ＧＤとが一致するように、三次元測定機１０の座標系と重心測定装置２０の座標系とを一致させる（第４ステップ）。
つまり、重心測定装置２０で求められた重心位置ＧＤ（ＧＤｘ，ＧＤｙ，ＧＤｚ）が、三次元測定機１０で求められた基準球５０の中心位置Ｃ（Ｃｘ，Ｃｙ，Ｃｚ）に一致するように、重心測定装置２０の座標系をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へシフトさせる。これにより、三次元測定機１０の座標系と重心測定装置２０の座標系とを一致させることができる。
【００２３】
次に、重心測定装置２０の載置台２１から基準球５０と取り除いたのち、載置台２１に被測定物Ｗを載置して、被測定物Ｗの重心位置を測定する。
まず、三次元測定機１０を用いて被測定物Ｗの形状を測定する（形状測定ステップ）。これには、三次元測定機１０のプローブ１２をＸ．Ｙ，Ｚ軸方向へ移動しながらプローブ１２を被測定物Ｗに関与させて（つまり、タッチプローブでは被測定物Ｗに接触、画像プローブでは被測定物Ｗの画像を撮像して）、被測定物Ｗの形状データを取り込み、この取り込んだ形状データを処理して被測定物Ｗの形状を求める。
【００２４】
次に、重心測定装置２０において、被測定物Ｗが載置された載置台２１の重心位置を測定する（重心測定ステップ）。
最後に、データ処理装置３０は、重心測定装置２０で測定された重心位置のデータを取り込み、この重心位置を、三次元測定機１０によって測定された被測定物Ｗの形状データに合成したのち、表示装置３１に表示させる。これにより、三次元測定機１０によって測定された被測定物Ｗの形状データに、重心測定装置２０で測定された重心位置が合成された状態で出力されるから、被測定物Ｗにおける重心位置Ｇwを正確に把握することができる（図１参照）。
【００２５】
従って、本実施形態によれば、被測定物Ｗにおける重心位置を正確に把握することができるから、製品の試作や設計などもより高度に実現できるとともに、要求される製品の精度を向上させることができる。
また、様々なシミュレーション、例えば、物理現象、車の衝突実験、ロボットの姿勢制御などの精度も向上させることができる。
【００２６】
＜変形例（図８参照）＞
本発明は、前述の実施形態に限定されるものでなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。
前記実施形態では、三次元測定機１０の座標系と重心測定装置２０の座標系とを一致させる（座標系処理ステップ）にあたって、載置台２１の略中央に基準球５０を固定し、これを三次元測定機１０によって測定するとともに、重心測定装置２０によって測定するようにしたが、これに加えて、次のような測定を行ってもよい。
【００２７】
例えば、図８に示すように、基準球５０を載置台２１の四隅に順次おいた状態において、載置台２１の重心位置をそれぞれ測定するようにしてもよい。このような測定を行えば、載置台２１の四隅に基準球５０をおいた測定結果から、つまり、載置台２１の四隅の重心測定結果から、重心測定装置２０の座標系の誤差（ゆがみ等）や、傾きなどを把握することができる。そのため、これらの結果を基に、重心測定装置２０の座標系を補正することができるから、より高精度な重心測定が実現できる。
【００２８】
または、基準球５０を、載置台２１の任意の３点に順次おいた状態において、載置台２１の重心位置をそれぞれ測定するようにしてもよい。このような測定を行えば、３点を囲む面の状態を求めることができるから、この測定結果から、重心測定装置２０の座標系の傾きなどを把握することができる。そのため、これらの結果を基に、重心測定装置２０の座標系を補正することができるから、より高精度な重心測定が実現できる。
【００２９】
前記実施形態では、三次元測定機１０のテーブル１１の上面に、重心測定装置２０を置いて構成したが、これに限られない。例えば、三次元測定機１０のテーブル１１を上下方向へ変位可能な載置台として構成し、このテーブル１１の下面に重心測定装置２０を組み込んで、テーブル１１上に載置された被測定物を含むテーブル１１の重心位置を測定するようにしても、同様な効果が期待できる。
【００３０】
前記実施形態では、三次元の重心位置を測定できる重心測定装置２０を用いたが、これに限られない。例えば、Ｘ，Ｙ平面内の二次元の重心位置を測定できる重心測定装置を用いてもよい。この場合、被測定物の姿勢を変えて測定した重心位置のデータを組み合わせて三次元の重心位置を求めればよい。
【００３１】
前記実施形態において、相対移動機構１３は、プローブ１２がＸ，Ｙ，Ｚ軸方向へ移動可能に構成されていたが、これに限られない。要するに、載置台２１（あるいはテーブル１１）とプローブ１２とが三次元方向へ移動可能であれば、どちらが移動する構造であっても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明は、重心位置の把握が要求される被測定物の測定に利用できる。
【符号の説明】
【００３３】
１０…三次元測定機、
１１…テーブル、
１２…プローブ、
１３…相対移動機構、
２０…重心測定装置、
２１…載置台、
３０…データ処理装置、
５０…基準球、
Ｗ…被測定物。
【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】
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