(57)【要約】【課題】  被測定物の三次元形状を検査するための測定ポイントを効率よく設定することができる三次元形状検査システムを提供する【解決手段】  ＦＥＭ解析装置２により被測定物の設計データを元に解析用モデルを作成して、解析用モデルから有限要素解析によって生産条件に合った被測定物の形状予測を行って予測形状モデルを作成し、ＣＡＴ装置１が、作成された予測形状モデルと解析前の解析用モデルとの形状差が所定値以上となっている部分を検索して、形状差が所定値以上となっている部分に三次元測定機４による測定ポイントを設定する。【選択図】            図１
2005062024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定物の設計データを元に解析用モデルを作成し、当該解析用モデルから有限要素解析によって生産条件に合った被測定物の形状予測を行って予測形状モデルを作成する被測定物形状予測手段と、
前記予測形状モデルと前記解析用モデルとの形状差が所定値以上となっている部分を検索して、形状差が所定値以上となっている部分に三次元測定機による測定ポイントに設定する測定ポイント作成手段と、
を有することを特徴とする三次元形状検査システム。
【請求項２】
前記測定ポイント作成手段は、前記設定された測定ポイントを接続して前記三次元測定機による測定のためのプローブの動作経路を含む測定プログラムを作成することを特徴とする請求項１記載の三次元形状検査システム。
【請求項３】
前記三次元測定機により実際に測定された前記測定ポイントの実測位置と前記解析用モデル上における該当測定された測定ポイントの位置とを比較して、前記被測定物の形状が設計どおりとなっているか否かを評価する形状評価手段を有することを特徴とする請求項１または２記載の三次元形状検査システム。
【請求項４】
形状評価手段は、実際に測定された少なくとも一つの前記測定ポイントの実測位置と前記解析用モデル上における該当測定された測定ポイントの位置が所定値以上ずれている場合に、前記被測定物の形状不良と判断して、前記三次元測定機によるその後の測定ポイントの測定動作を停止させることを特徴とする請求項３記載の三次元形状検査システム。
【請求項５】
前記三次元測定機により実際に測定された前記測定ポイントの実測位置と前記予測形状モデルとを比較して、実測位置と予想形状モデルにおける当該測定ポイントの位置との相関を求めて被測定物の予想形状がより実測形状に近づくように補正する予想形状モデル補正手段を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の三次元形状検査システム。
【請求項６】
被測定物の設計データを元に解析用モデルを作成し、当該解析用モデルから、有限要素解析によって生産条件を解析条件として被測定物の形状予測を行って予測形状モデルを作成する段階と、
前記予測形状モデルと前記解析用モデルとの形状差が所定値以上となっている部分を検索して、形状差が所定値以上となっている部分を三次元測定機による測定ポイントに設定する段階と、
を有することを特徴とする三次元形状検査方法。
【請求項７】
前記測定ポイントに設定する段階の後に、前記設定された測定ポイントを接続して前記三次元測定機による測定のためのプローブの動作経路を含む測定プログラムを作成する段階を有することを特徴とする請求項６記載の三次元形状検査システム。
【請求項８】
前記測定ポイントに設定する段階の後に、さらに前記三次元測定機により実際に測定された前記測定ポイントにおける実測位置を取得して、当該実測位置と前記解析用モデル上における該当測定された測定ポイントの位置とを比較して、被測定物の形状が設計どおりとなっているか否かを評価する段階を有することを特徴とする請求項６または７記載の三次元形状検査システム。
【請求項９】
前記測定ポイントに設定する段階は、さらに任意の測定ポイントを設定する段階を有し、
前記三次元測定機により実際に測定された前記任意の測定ポイントにおける実測位置を取得して、当該実測位置と前記解析用モデルにおける該当任意の測定ポイントの位置とを比較して、被測定物の形状が設計どおりとなっているか否かを評価する段階と、
前記評価の結果が被測定物の形状が設計どおりではない場合に、前記有限要素解析の前記解析条件を見直すことを特徴とする請求項６記載の三次元形状検査システム。
【請求項１０】
前記評価する段階は、実際に測定された少なくとも一つの前記測定ポイントの実測位置と前記解析用モデル上における該当測定された測定ポイントの位置が所定値以上ずれている場合に、前記被測定物の形状不良と判断して、前記三次元測定機によるその後の測定ポイントの測定動作を停止させることを特徴とする請求項８記載の三次元形状検査システム。
【請求項１１】
前記評価する段階の後に、さらに、前記三次元測定機により実際に測定された前記測定ポイントの実測位置と、前記予測形状モデルとを比較して、実測位置と予想形状モデルにおける当該測定ポイントの位置との相関を求めて前記被測定物の予想形状がより実測形状に近づくように補正する段階を有することを特徴とする請求項６〜１０のいずれか一つに記載の三次元形状検査システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元形状検査システム、および三次元形状検査方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から数値制御可能な三次元測定機の測定手順を記述したプログラムを作成するための支援システムとしてＣＡＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｔｅｓｔｉｎｇ）システムが知られている。ＣＡＴシステムは、被測定物の設計データ（たとえばＣＡＤ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｄｅｓｉｇｎ）データ）に基づいて被測定物の三次元形状モデルを表示して、この表示された三次元形状の中から測定ポイントを指定することで三次元測定機におけるプローブなどの動作経路を自動生成するシステムである（たとえば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−３３９６３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のＣＡＴシステムでは、三次元測定機による測定ポイントを、表示されたＣＡＤデータによる三次元形状モデルから、たとえば、一定間隔ごとに、または任意に設定することとなっていたため、実際の量産ラインで行われる加工時および組付け時の生産条件（たとえば、クランプ歪、設備・治工具剛性、ク一ラントの冷却性、組み付け変形、圧入変形など）が考慮されることなく設定されていた。
【０００４】
このため意図する測定ポイントが測定されていないと言った問題があった。これはたとえば、被測定物の形状において最も変形し、不良となりやすい部分の測定点を逃してしまうようなことである。
【０００５】
また、このような問題が起こらないにするために測定ポイントを必要以上に多くしてしまい、比較検証に多くの時間がかかるという問題もある。
【０００６】
さらに、加工、組立順、組付・圧入応力、各設備の治具の加工後のクランプ力開放によるスプリングバックなどにより、測定ポイントが微妙にずれて、意図した測定ポイントが測定されないという問題があった。
【０００７】
そこで本発明の目的は、三次元測定機による測定ポイントを意図した位置に設定することができ、効率よく被測定物の三次元形状の検査を実施することができる三次元形状検査システム、および三次元形状検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、被測定物の設計データを元に解析用モデルを作成し、当該解析用モデルから有限要素解析によって生産条件に合った被測定物の形状予測を行って予測形状モデルを作成する被測定物形状予測手段と、前記予測形状モデルと前記解析用モデルとの形状差が所定値以上となっている部分を検索して、形状差が所定値以上となっている部分に三次元測定機による測定ポイントに設定する測定ポイント作成手段と、を有することを特徴とする三次元形状検査システムにより達成される。
【０００９】
また、上記目的は、被測定物の設計データを元に解析用モデルを作成し、当該解析用モデルから、有限要素解析によって生産条件を解析条件として被測定物の形状予測を行って予測形状モデルを作成する段階と、前記予測形状モデルと前記解析用モデルとの形状差が所定値以上となっている部分を検索して、形状差が所定値以上となっている部分を三次元測定機による測定ポイントに設定する段階と、
を有することを特徴とする三次元形状検査方法により達成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の三次元形状検査システムによれば、生産条件居合わせて、形状予測を行い、その予測した形状と設計形状とを比較して、形状差が所定値以上となる部分に測定ポイントを設定することとしたので、生産条件によって変形しやすい部分に測定ポイントを設定することが可能となり、効率よく被測定物の三次元測定と、その検査を実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は本発明による三次元形状検査システムの一例を示すブロック図である。
【００１３】
この三次元形状検査システムは、三次元測定機の測定ポイントを作成するＣＡＴ装置１と、有限要素解析（ＦＥＭ解析）を行うＦＥＭ解析装置２と、被測定物である製品の設計を行うＣＡＤ装置３と、被測定物の三次元形状を測定する三次元測定機４とからなる。
【００１４】
このうち、ＦＥＭ解析装置２、ＣＡＤ装置３、および三次元測定機４は、既存の装置である。したがって、これらについては詳細な説明は省略し、以下簡単に説明する。
【００１５】
ＦＥＭ解析装置２は、被測定物形状予測手段となるもので、ＣＡＤ装置３から得られる被測定物の設計データ（以下、ＣＡＤデータと称する）をもとに、様々な生産条件によって実際に被測定物の形状が、設計データからどのように変形するかを予測するために用いられる。このようなＦＥＭ解析装置２は、たとえばパソコンやエンジニアリングワークステーションと称されるコンピュータにＦＥＭ解析プログラムを実行させることで動作している。ＦＥＭ解析プログラムとしては、たとえば、ＭＳＣ株式会社製のナストラン（ＮＡＳＴＲＡＮ）、ＨＫＳ株式会社製のアバカス（ＡＢＡＱＵＳ）などがある。
【００１６】
ＣＡＤ装置３は、周知のとおり、コンピュータを使用して製品の形状などを設計する装置である。ここでは、被測定物の設計が行われる。
【００１７】
三次元測定機４は、たとえば、プローブの先端を被測定物に接触させ、接触位置から三次元形状を測定するもの、または、レーザを被測定物に当てて、その反射光から三次元形状を測定するものなど様々な形態がある。そして、その測定ポイント（プローブの動作経路と接触位置、またはレーザの照射位置）は、通常、ＮＣプログラム（ＮＣデータとも言う）によって提供される。
【００１８】
そして、ＣＡＴ装置１は、測定ポイント作成手段であり、ＦＥＭ解析装置２によって予測された被測定物形状（以下、予測形状モデルと称する）と、ＣＡＤデータをもとに作成された解析用モデルとを比較し、所定値以上の形状差のある部分を検索して、形状差が所定値以上となっている部分に三次元測定機４による測定ポイントを設定する。その後、この測定ポイントに基づいて、プローブの動作経路を含む三次元測定機４の測定プログラムを作成する。
【００１９】
また、このＣＡＴ装置１は、形状評価手段としても機能するものであり、三次元測定機４により実際に測定された測定ポイントの実測位置（三次元座標値）と、解析用モデル（すなわち、設計形状）における該当する測定ポイントの位置（三次元座標値）とを比較して、被測定物の形状が設計どおりとなっているか否かを評価する。
【００２０】
また、このＣＡＴ装置１は、予想形状モデル補正手段としても機能するものであり、三次元測定機により実際に測定された測定ポイントの実測位置と、予想形状モデルとを比較して、その差を統計処理することで相関を求めて被測定物の予想形状がより実測形状に近づくように補正する。
【００２１】
なお、実際のＣＡＴ装置１は、たとえばパソコンやエンジニアリングワークステーションと称されるコンピュータに、後述する処理手順のうちＣＡＴ装置１によって実行される処理を行うように作成されたプログラムを実行させることでＣＡＴ装置として機能する。
【００２２】
以下、三次元形状検査システムの作用を説明する。
【００２３】
図２および図３は、三次元形状検査システムによる測定ポイントの作成および検査手順を示すフローチャートである。
【００２４】
まず、ＦＥＭ解析装置２がＣＡＤ装置３からＣＡＤデータを取得し（Ｔ１）、ＣＡＴ装置１が被測定物の公差データを取得する（Ｓ１）。ここで公差データは、被測定物が製品として設計形状に対してどの程度の形状誤差が許されるかを示すデータであり、ＣＡＤデータ中に含まれている場合にはそれを取得し、別に用意されている場合には、そこから取得（または入力）することになる。
【００２５】
続いて、ＦＥＭ解析装置２は取得したＣＡＤデータから解析用モデルを作成する（Ｔ２）。
【００２６】
その後、ＦＥＭ解析装置２は、この解析用モデルを使用して、あらかじめ、またはこの段階で設定された解析条件により解析用モデルがどのように変形するかを解析、予測して、予測形状モデルを作成する（Ｔ３）。なお、ここで解析条件は、被測定物の生産条件であり、たとえば、生産ライン上において、被測定物をクランプする際のクランプ荷重、クランプ位置、被測定物の支持位置、または、被測定物に対しての他部品の取り付けや締め付け荷重などであり、これらは被測定物の歪みとなるような力を加える元となる。したがって、これらの生産条件をパラメータとしてＦＥＭ解析を実行することにより、被測定物が最終的にライン上でどのような歪みが加わって変形するかを予測することができる。なお、ＦＥＭ解析装置２の処理はこの形状予測が終われば終了となる。
【００２７】
続いて、ＣＡＴ装置１がＦＥＭ解析装置２から解析前の解析用モデルのデータと、ＦＥＭ解析による予測形状モデルのデータを取得する（Ｓ２）。
【００２８】
続いて、ＣＡＴ装置１は、解析前の解析用モデルと解析後の予測形状モデルを比較し、所定値以上の差がある部分の位置（この位置を不具合発生危険部位と称する）を抽出する（Ｓ３）。ここで、所定値は、ステップＳ２で取得した公差データの値である。
【００２９】
続いて、ＣＡＴ装置１は、抽出された不具合発生危険部位を測定ポイントに設定して、三次元測定機４の測定プログラム（ＮＣプログラム）を作成する（Ｓ４）。この測定プログラムは、抽出された不具合発生危険部位の三次元位置を、三次元測定機４の座標上に展開し各測定ポイントを接続する線分を三次元測定機４のプローブ動作経路とするＮＣプログラムである。なお、三次元測定機４の設置場所や被測定物（ここでは被測定物）の形状などによっては、さらに三次元測定機４のプローブが他の物体や被測定物と干渉しないように干渉チェックが行われて動作経路が作成される。
【００３０】
続いて、作成された測定プログラムが三次元測定機４へ転送する（Ｓ５）。なお、この段階ですべての測定ポイントについての動作経路などを含む測定プログラムが転送される。
【００３１】
三次元測定機４は転送された測定プログラムにより被測定物の１ポイント分の三次元測定を実施する（Ｕ１）。
【００３２】
三次元測定機４は測定結果をＣＡＴ装置１へ転送する（Ｕ２）。
【００３３】
ＣＡＴ装置１は、解析用モデルと測定結果（実測位置）を用いて測定ポイントにおける評価を行う（Ｓ６）。この評価は、実際に測定された測定ポイントにおける実測位置である三次元座標値と、解析用モデル上の測定ポイントの三次元座標値との差を見ることにより行われる。なお、当然のことではあるが、実際に測定された測定ポイントにおける三次元測定値（三次元座標値）と、解析用モデル上の測定ポイントの三次元座標値は、同じ座標系において、それらの差を見ることになる。たとえば、ＣＡＴ装置内の座標系を、あらかじめ三次元測定機４の座標系に合わせて原点位置を同じにしておけば、測定値（三次元座標値）と解析用モデル上の測定ポイントの三次元座標値の差をとることでこの評価を行うことができる。
【００３４】
続いて、ＣＡＴ装置１は、評価結果が良好か否かを判断する（Ｓ７）。ここで評価良好の場合とは、測定ポイントにおける三次元位置と解析用モデル上の被測定物の三次元位置との差が所定値（ここでは、公差を所定値とする）以内である場合をいう。
【００３５】
ここで、評価結果が不良であれば（Ｓ７：ＮＯ）、その場で、製品不良を出力し、三次元測定機４に対して測定終了を指示する（Ｓ８）。なお、この処理は、製品（被測定物）の製造現場においてインライン測定を実施することを想定しているためで、不良箇所が一カ所でもあればその製品自体が不良品となるのでその後の測定動作は不要である。したがって、上記ステップＵ１において１ポイントの測定終了後、その測定結果をすぐにＣＡＴ装置１へ転送することとしている。これにより、インライン測定において不良発生時には、その後の測定を行わなくて済むため、三次元測定によるライン占有率や全実測時間などを割減することができる。
【００３６】
一方、評価結果が良好であれば（Ｓ７：ＹＥＳ）、ＣＡＴ装置１は測定結果を記録する（Ｓ９）。
【００３７】
続いて、ＣＡＴ装置１は、全部の不具合発生危険部位の測定ポイントを測定終了したか否か判断し（Ｓ１０：危険部位測定終了）、不具合発生危険部位の測定が終了していなければ、ステップＳ６へ戻り、次の測定結果が来るのを待って、以降の処理が継続されることになる。
【００３８】
ステップＳ１０において、不具合発生危険部位の測定が終了と判断された場合には、続いて、ＣＡＴ装置１が安定部位を測定するか否かを判断する（Ｓ１１）。この判断は、あらかじめ危険部位以外の任意点をオペレータがＣＡＴ装置１で指定することで、不具合発生危険部位以外に設定された測定ポイントがある場合に、安定部位を測定することになる。
【００３９】
ここで、安定部位の測定がない場合は、ＣＡＴ装置１が、測定結果をＦＥＭ解析結果のモデル形状とを比較して測定結果とＦＥＭ解析の予測結果との相関関係を評価する（Ｓ１９）（詳細後述）。
【００４０】
一方、安定部位の測定がある場合には、任意に指定された測定ポイントの測定を実施するために、測定結果待ちとなる。
【００４１】
なお、この安定部位の測定ポイントがある場合には、ステップＳ４において、安定部位における測定ポイントの測定プログラムも作成し、一緒に三次元測定機４へ転送しておく。
【００４２】
三次元測定機４は、測定停止指令がなく（Ｕ３：ＮＯ）、また、全測定ポイントの測定を終了していなければ（Ｕ４：ＮＯ）、引き続きに次の測定ポイントを測定する。測定結果は、ＣＡＴ装置１へ転送されて、測定ポイントにおける評価が行われる（Ｓ６以降の処理、またはＳ１２以降の処理）。一方、測定停止指令があった場合（Ｕ３：ＹＥＳ）、または、全測定ポイントの測定を終了した場合（Ｕ４：ＹＥＳ）は、三次元測定を終了する。
【００４３】
ＣＡＴ装置１は、安定部位の測定がある場合、ステップＳ１１に続いて、三次元測定機４から測定結果が転送されると、ステップＳ６同様に解析用モデルと測定結果（実測位置）を用いて測定ポイントにおける評価を行う（Ｓ１２）。
【００４４】
そして評価結果を判断する（Ｓ１３）。ここで評価結果が不良であれば（Ｓ１３：ＮＯ）、その場で製品不良を出力し、三次元測定機４に対して測定終了を指示する（Ｓ１４）。そして引き続いて、ＦＥＭ解析条件の見直しを行う（Ｓ１５）。
【００４５】
このＦＥＭ解析の条件見直しは、この段階不良が発生した部位が、ＦＥＭ解析の予測結果では不良の発生しない部位であるので、ＦＥＭ解析の際の条件設定と、実際の三次元測定結果が大きくずれている可能性があることを示しているため、ここで解析条件の見直しを行うものである。この見直しによって解析条件を変更することで、ＦＥＭ解析の精度を上げることができる。その後処理は終了となる。
【００４６】
一方、評価結果が良好であれば、ＣＡＴ装置１は測定結果を記録する（Ｓ１６）。そして、全測定ポイントの測定終了か否か判断し（Ｓ１７）、終了でなければ、ステップＳ１２へ戻り、測定終了まで以降の処理が継続されることになる。
【００４７】
測定終了後は、ＣＡＴ装置１がすべての測定結果を出力して（Ｓ１８）、測定結果とＦＥＭ解析の予測結果との相関関係を評価する（Ｓ１９）。
【００４８】
この相関関係の評価は、ＦＥＭ解析の解析条件の設定そのものを変えるのではなく、たとえば、不具合発生危険部位について、測定ポイントにおける三次元座標の予測位置と実測位置との相関をとる実験式、たとえば、予測位置をＹ、実測位置をＸとして、Ｙ＝ａＸ＋ｂのような実験式を作り、その実験式の係数ａおよびｂを変更することで、より予測位置がより実測位置に近づくようにするとよい。これにより、同一の被測定物については、ＦＥＭ解析を再度実行しなくても、予測位置を実測位置に近づけることが可能となる。
【００４９】
したがって、たとえばインライン測定などによって同一被測定物の実測結果が増えるに伴い自動的に予測形状モデルを実測された形状に近づけることができる。
【００５０】
なお、もちろん、その評価結果をＦＥＭ解析の際の条件設定にフィードバックして、ＦＥＭ解析の精度を上げるようにしてもよい。
【００５１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ＦＥＭ解析により実際の生産条件に合った被測定物の三次元系所を予測して、その予測形状に基づいて、被測定物の測定ポイント設定することとしたので、効率良く被測定物の三次元形状の検査を実施することができる。特に、設定する測定ポイントは、設計データと解析後の予測形状モデルとの形状差から不具合の発生する可能性のある、最も形状鎖の大きな部位としたことで、不良発生の可能性の高い部分のみを測定ポイントに設定できるので、無駄な測定ポイントの設定がなく、かつ、不良がある場合には、いち早く不良部位を見つけ出すことができるようになる。
【００５２】
また、本実施の形態では、不良発生危険部位以外にも測定ポイントを任意に設定し、その部分で、不良と検出した場合には、ＦＥＭ解析の条件設定を見直すこととしたので、実際の測定結果が予測したものと大きく違うことが予想される場合には、ＦＥＭ解析の条件を見直すことができ、より正確なＦＥＭ解析を行うことができる用になる。
【００５３】
さらに、本実施の形態では、被測定物の三次元測定の結果、不良がなかった場合には、実測位置と予測位置との相関をとり、予測位置が実測位置に近づくようにしたので、被測定物の測定結果が増えるにしたがって自動的に被測定物の予測形状を実際の形状に近づけることができる。
【００５４】
以上本発明を適用した実施の形態について説明したが、本発明は、このような実施の形態に限定されるものではない。たとえば、上述した実施の形態では、ＣＡＤ装置、ＦＥＭ解析装置、およびＣＡＴ装置をそれぞれ別のコンピュータを使用して実現しているが、たとえば、ＦＥＭ解析装置とＣＡＴ装置、またはＣＡＤ装置、ＦＥＭ解析装置、およびＣＡＴ装置のすべてを、一つのコンピュータによってそれぞれのプログラムを実行することで実現しても良い。
【００５５】
また、ＣＡＴ装置では、不具合発生危険部位の測定ポイントのほかに、安全部位においても任意に測定ポイントを設定することとしているが、この安全部位における測定ポイントはなくても良い。
【００５６】
また、ＣＡＴ装置では、不具合発生危険部位の測定ポイントを設定し、そこから三次元測定機のプローブ動作経路を含む測定プログラムを作成することとしたが、これに代えて、予測形状モデル上に不具合発生危険部位の測定ポイントを設定のみで、処理を終了し、測定プログラム（ＮＣプログラム）は、別途、設定された測定ポイント位置をなぞるようにして作成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明を適用した実施の形態における三次元形状検査システムの一例を示すブロック図である。
【図２】上記三次元形状検査システムによる測定ポイントの作成および検査手順を示すフローチャートである。
【図３】図２に続く、測定ポイントの作成および検査手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５８】
１  ＣＡＴ装置
２  ＦＥＭ解析装置
３  ＣＡＤ装置
４  三次元測定機
【図１】
2005062024.tif 000003
【図２】
2005062024.tif 000004
【図３】
2005062024.tif 000005