(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物のコーナー部を挟んで隣接する第１曲面及び第２曲面の各々に測定点指示具の先端に離隔させて設置した測定子を同時に当接させて各測定子の三次元座標データをコンピュータで算出してサンプリングし、得られた測定子の三次元座標データと前記コンピュータに予め格納された測定対象物のＣＡＤデータに基づいて、前記第１曲面と第２曲面をコーナー部側に延長させた延長面の仮想交線である仮想稜線上の点の座標データを算出するものであって、次のステップを包含することを特徴とする仮想稜線の三次元測定方法。
測定点指示具（３０）の測定子（３３ａ、３３ｂ）の球中心（Ｐａ、Ｐｂ）と測定点指示具（３０）の本体部（３１）にある発光点（３４）の間の距離を既知データとしてコンピュータ（５０）に格納した測定点指示具（３０）を用いて測定対象物（１）のコーナー部（２）の仮想稜線（４）の測定を行うにあたり、
第１測定子（３３ａ）と第２測定子（３３ｂ）をコーナー部（２）の両側の第１曲面（３ａ）と第２曲面（３ｂ）に同時に当て、このときの測定点指示具（３０）の本体部（３１）を複数の撮像装置（４０）で撮像して画像データをコンピュータ（５０）に送り、
前記コンピュータ（５０）で、本体部（３１）の複数の発光点（３４）の三次元座標データを算出し、この座標データに基づいて第１測定子（３３ａ）と第２測定子（３３ｂ）の中心点座標を算出し、算出した座標データと発光点（３４）の三次元座標データを数値計算することにより、測定子（３３ａ、３３ｂ）の球中心（Ｐａ、Ｐｂ）の三次元座標データを算出し、
一方、前記コンピュータ（５０）に、ＣＡＤデータの第１ＣＡＤ曲面（Ｃａ）、第２ＣＡＤ曲面（Ｃｂ）及びＣＡＤコーナー面（Ｃｃ）の面データを格納しておき、
測定子（３３ａ、３３ｂ）が測定対象物（１）の両曲面（３ａ、３ｂ）に同時に接触して、各々の球中心（Ｐａ、Ｐｂ）の三次元座標データが求まると、この球中心（Ｐａ、Ｐｂ）を対応するＣＡＤ曲面（Ｃａ、Ｃｂ）に直交方向から投影した投影点（Ｑａ、Ｑｂ）の三次元座標データを算出し、
前記球中心（Ｐａ、Ｐｂ）とそれらの投影点（Ｑａ、Ｑｂ）の４点から断平面を定義し、
前記球中心（Ｐａ）と前記投影点（Ｑａ）を結ぶ直線上で前記球中心（Ｐａ）から前記測定子の半径分だけ離れた位置の点（Ｍａ）を求め、両者（Ｍａ、Ｑａ）から曲面（３ａ）での誤差（ベクトルｅａ）を算出し、
前記球中心（Ｐｂ）と前記投影点（Ｑｂ）を結ぶ直線上で前記球中心（Ｐｂ）から前記測定子の半径分だけ離れた位置の点（Ｍｂ）を求め、両者（Ｍｂ、Ｑｂ）から曲面（３ｂ）での誤差（ベクトルｅｂ）を算出し、
ベクトルｅａとベクトルｅｂを加算し、断平面上での仮想稜線のＣＡＤデータからの誤差（ベクトルｅ）として１点（４）の位置座標データを求める。
【請求項２】
前記サンプリング測定動作をコーナー部の方向に測定点指示具を相対移動させて複数のサンプリング箇所で行い、複数のサンプリング箇所から得られた測定子の三次元座標データと前記コンピュータに予め格納された測定対象物のＣＡＤデータに基づいて、前記第１曲面と第２曲面をコーナー部側に延長させた延長面の仮想交線である仮想稜線の座標データを算出することを特徴とする請求項１記載の仮想稜線の三次元測定方法。
【請求項３】
上記２個の測定子の三次元座標データを測定対象物のＣＡＤデータと比較・評価することで仮想稜線のＣＡＤデータに対するずれ量を算出することを特徴とする請求項１または２記載の仮想稜線の三次元測定方法。
【請求項４】
上記測定点指示具の先端に３個以上の測定子を相互に離隔させて設置し、測定対象物のコーナー部の形状に適合する２個の測定子を選択して使用することを特徴とする請求項１または２記載の仮想稜線の三次元測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型等の測定対象物のコーナー部における仮想稜線の三次元座標を検出してＣＡＤデータ等と比較・評価する際の仮想稜線の三次元測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車ボデーや金型等の測定対象物の製作工程に、この測定対象物の外形寸法をＣＣＤカメラ等の三次元測定装置で測定した測定データをコンピュータで数値計算して、測定対象物のＣＡＤデータと比較し評価することで、測定対象物の寸法精度等を評価する工程がある。例えば、測定対象物のコーナー部の仮想稜線を三次元測定装置で測定した測定データと、ＣＡＤデータの稜線部データを比較・評価して、測定対象物のコーナー部の寸法精度をＣＡＤデータに基づいて評価する工程がある。
【０００３】
図５に測定対象物１のコーナー部２を示すと、このコーナー部２を挟んで第１曲面３ａと第２曲面３ｂが隣接し、この両曲面３ａ、３ｂの図５破線で示す延長面が交差する交線（図５の鎖線）が仮想稜線４で、この仮想稜線４の三次元座標データを算出することでコーナー部２の寸法精度等の評価が行われる。第１曲面３ａと第２曲面３ｂは平面を含む曲面である。仮想稜線４の三次元座標データの算出は、図６或いは図７に示す要領で行われている。
【０００４】
図６は粘土１０で仮想稜線４を現出させている。測定対象物１のコーナー部２上に断面山形に粘土１０を盛り、粘土１０の両曲面が第１曲面３ａと第２曲面３ｂの延長面となるようにして、粘土１０の稜線１１が仮想稜線４と一致するようにしている。この粘土１０の稜線１１に携帯式の測定点指示具である例えば測定ツール２０の先端のプローブ２１を接触させ、測定ツール２０の上部に設けた複数の定点（発光点）の三次元座標を光学式三次元測定装置で測定し、同測定装置のコンピュータで数値計算することで、稜線１１の任意の１点の三次元座標データを求める。同様にして稜線１１の複数点の三次元座標データを求め、これら座標データを数値計算することで、測定対象物１の仮想稜線４の三次元座標データを算出する。この算出された座標データと前記コンピュータに予め格納されたＣＡＤデータの稜線部データと比較し、評価することで、測定対象物１のコーナー部２やその両曲面３ａ、３ｂの寸法精度等が評価される。
【０００５】
図７は、第１曲面３ａと第２曲面３ｂが略平面とした場合に両曲面３ａ、３ｂ上にそれぞれに離隔した２点Ａ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2をサンプリングポイントとして設定し、各点Ａ1、Ａ2、Ｂ1、Ｂ2に上記同様の測定ツールのプローブ２１を順に当てることで各点Ａ1、Ａ2，Ｂ1、Ｂ2の三次元座標データを求めて、第１曲面３ａの２点Ａ1、Ａ2の座標データから第１曲面３ａの直線を定義し、第２曲面３ｂの２点Ｂ1、Ｂ2の座標データから第２曲面３ｂの直線を定義し、これら定義された２直線の交点座標を仮想稜線４上の１点の座標データとする。このようにして仮想稜線４の複数点の座標データを求めて、測定対象物１の仮想稜線４の三次元座標データを算出し、これをコンピュータに予め格納されたＣＡＤデータの稜線部データと比較し評価することで、測定対象物１の寸法精度等が評価される。
【０００６】
また、第１曲面３ａと第２曲面３ｂが平面でない凸曲面の場合は、両曲面３ａ、３ｂのサンプリングポイントを３点以上の多数点にして、この多数点のサンプリングポイントの位置座標データから両曲面３ａ、３ｂの曲線を定義し、定義された２曲線の交点の位置座標から仮想稜線４の三次元座標データを算出することが行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図６の粘土を使用した仮想稜線の三次元測定方法は、測定対象物に粘土を正確に盛り付ける作業と、粘土を取り除く作業が工数が多くて作業性が悪い。また、粘土を盛り付ける作業員の熟練度で仮想稜線の測定精度が左右されて、測定精度が安定しない。さらに、測定対象物の寸法形状によっては、仮想稜線を測定する部分であるコーナー部に粘土を盛り付けることが難しくなる場合が多くて、自由度や汎用性に欠ける。また、粘度に測定子をあてると粘度の部分が変形し、正確な測定ができないおそれがある。
【０００８】
図７に示す仮想稜線の三次元測定方法は、測定対象物のコーナー部を挟む両曲面に２点以上のサンプリングポイントが設定できれば、高精度な三次元測定が可能であり、この種の測定方法は各種の寸法形状の測定対象物に適用できる。ところが、測定対象物のコーナー部を挟む両曲面のそれぞれ２箇所以上をサンプリングポイントとして設定し、サンプリングした各箇所に測定ツール等を手動で移動させて、各サンプリングポイントを順番に測定するために、１つの仮想稜線の三次元測定の作業工数が多くなり、作業性の改善が難しい。
【０００９】
本発明の目的は、測定対象物のコーナー部を挟む両曲面の仮想稜線の三次元座標データを工数を少なくして作業性よく算出する三次元測定方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の仮想稜線の三次元測定方法は、測定対象物のコーナー部を挟んで隣接する第１曲面及び第２曲面の各々に測定点指示具の先端に離隔させて設置した測定子を同時に当接させて各測定子の三次元座標データをコンピュータで算出してサンプリングし、得られた測定子の三次元座標データと前記コンピュータに予め格納された測定対象物のＣＡＤデータに基づいて、前記第１曲面と第２曲面をコーナー部側に延長させた延長面の仮想交線である仮想稜線上の点の座標データを算出するものであって、次のステップを包含することを特徴とする。
測定点指示具（３０）の測定子（３３ａ、３３ｂ）の球中心（Ｐａ、Ｐｂ）と測定点指示具（３０）の本体部（３１）にある発光点（３４）の間の距離を既知データとしてコンピュータ（５０）に格納した測定点指示具（３０）を用いて測定対象物（１）のコーナー部（２）の仮想稜線（４）の測定を行うにあたり、
第１測定子（３３ａ）と第２測定子（３３ｂ）をコーナー部（２）の両側の第１曲面（３ａ）と第２曲面（３ｂ）に同時に当て、このときの測定点指示具（３０）の本体部（３１）を複数の撮像装置（４０）で撮像して画像データをコンピュータ（５０）に送り、
前記コンピュータ（５０）で、本体部（３１）の複数の発光点（３４）の三次元座標データを算出し、この座標データに基づいて第１測定子（３３ａ）と第２測定子（３３ｂ）の中心点座標を算出し、算出した座標データと発光点（３４）の三次元座標データを数値計算することにより、測定子（３３ａ、３３ｂ）の球中心（Ｐａ、Ｐｂ）の三次元座標データを算出し、
一方、前記コンピュータ（５０）に、ＣＡＤデータの第１ＣＡＤ曲面（Ｃａ）、第２ＣＡＤ曲面（Ｃｂ）及びＣＡＤコーナー面（Ｃｃ）の面データを格納しておき、
測定子（３３ａ、３３ｂ）が測定対象物（１）の両曲面（３ａ、３ｂ）に同時に接触して、各々の球中心（Ｐａ、Ｐｂ）の三次元座標データが求まると、この球中心（Ｐａ、Ｐｂ）を対応するＣＡＤ曲面（Ｃａ、Ｃｂ）に直交方向から投影した投影点（Ｑａ、Ｑｂ）の三次元座標データを算出し、
前記球中心（Ｐａ、Ｐｂ）とそれらの投影点（Ｑａ、Ｑｂ）の４点から断平面を定義し、
前記球中心（Ｐａ）と前記投影点（Ｑａ）を結ぶ直線上で前記球中心（Ｐａ）から前記測定子の半径分だけ離れた位置の点（Ｍａ）を求め、両者（Ｍａ、Ｑａ）から曲面（３ａ）での誤差（ベクトルｅａ）を算出し、
前記球中心（Ｐｂ）と前記投影点（Ｑｂ）を結ぶ直線上で前記球中心（Ｐｂ）から前記測定子の半径分だけ離れた位置の点（Ｍｂ）を求め、両者（Ｍｂ、Ｑｂ）から曲面（３ｂ）での誤差（ベクトルｅｂ）を算出し、
ベクトルｅａとベクトルｅｂを加算し、断平面上での仮想稜線のＣＡＤデータからの誤差（ベクトルｅ）として１点（４）の位置座標データを求める。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の仮想稜線の三次元測定方法は、請求項１に記載の仮想稜線の三次元測定方法において、前記サンプリング測定動作をコーナー部の方向に測定点指示具を相対移動させて複数のサンプリング箇所で行い、複数のサンプリング箇所から得られた測定子の三次元座標データと前記コンピュータに予め格納された測定対象物のＣＡＤデータに基づいて、第１曲面と第２曲面をコーナー部側に延長させた延長面の仮想交線である仮想稜線の座標データを算出することを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項３に記載の仮想稜線の三次元測定方法は、請求項１または２に記載の仮想稜線の測定方法において、上記２個の測定子の三次元座標データを測定対象物のＣＡＤデータと比較・評価することで仮想稜線のＣＡＤデータに対するずれ量を算出することを特徴とする。
【００１３】
ここで、上記ＣＡＤデータは、製作される測定対象物の設計段階でのコーナー部とその両曲面の三次元座標データで、本発明はこのＣＡＤデータを利用することで測定対象物の仮想稜線の座標データが正確に、簡単に得られるようにしている。また、２個の測定子の座標データのＣＡＤデータに対するずれ量を算出することで、製作段階に在る測定対象物の寸法精度が高信頼度で評価される。
【００１４】
本発明の請求項４に記載の仮想稜線の三次元測定方法は、請求項１または２に記載の仮想稜線の三次元測定方法において、上記測定点指示具の先端に３個以上の測定子を相互に離隔させて設置し、測定対象物のコーナー部の形状に適合する２個の測定子を選択して使用することを特徴とする。
【００１５】
ここで、測定点指示具は、先端に２個以上の測定子を有する携帯式測定ツールを使用すればよい。このような測定点指示具は、上部に設置された３点以上の発光点が遠方の光学式三次元測定装置（ＣＣＤカメラ等）のコンピュータで読み取られる光学式測定ツールや、多関節型アーム等をもつ機械式の三次元測定装置に付属の測定ツールが適用される。また、２個以上の測定子は同一半径の球体が望ましいが、その形状と大きさは限定されない。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図５の測定対象物１の仮想稜線４の本発明方法による測定実施形態例を、図１乃至図４を参照して説明する。
【００１７】
図１に示される測定点指示具３０は、片手で操作される携帯式の光学式測定ツールで、先端に２個以上の測定子３３ａ、…を有する。測定点指示具３０は片手で持たれる本体部３１と、本体部３１の下端に突出するプローブ部３２を有する。複数の定箇所に発光ダイオード等の発光点３４，…が設置される。プローブ部３２の先端部が複数本に枝分かれして、枝分かれした各先端部に測定子３３ａ、…が１個ずつ連結される。測定点指示具３０の具体例を図４に示すと、同図の測定点指示具３０は先端に５個の測定子３３ａ〜３３ｅを有し、各測定子３３ａ〜３３ｅは互いに離隔して設置された例えば同一半径の球体（スタイラス球）である。測定点指示具３０で測定対象物１の仮想稜線４を測定する場合、図１に示すように５個の測定子３３ａ〜３３ｅのいずれか２個が選択されて使用される。尚、図１においては使用される２個の測定子だけが図示され、この２個を例えば第１測定子３３ａと第２測定子３３ｂとする。
【００１８】
測定対象物１のコーナー部２の仮想稜線４の測定に際して、測定点指示具３０の５個の測定子３３ａ〜３３ｅの内のコーナー部２の寸法形状に最も合う２個が選択され、選択された２個の第１測定子３３ａ及び第２測定子３３ｂがコーナー部２の両側の第１曲面３ａ及び第２曲面３ｂの各１点のサンプリングポイントに同時に当てられ、このときの測定点指示具３０の本体部３１が複数台のＣＣＤカメラ等の撮像装置４０で撮像され、撮像された画像データがコンピュータ５０に送られる。
【００１９】
コンピュータ５０は、本体部３１の複数点の発光点３４、…の三次元座標データを算出し、この座標データに基づいて２個の第１測定子３３ａと第２測定子３３ｂの中心点座標を算出する。即ち、図２に示すように測定対象物１の両曲面３ａ、３ｂに同時に当接させた２個の測定子３３ａ、３３ｂの球中心Ｐａ，Ｐｂと、測定点指示具３０の定点にある発光点３４，…の距離が既知データとしてコンピュータ５０に格納され、この既知データと発光点３４，…の三次元座標データを数値計算することで、２個の測定子３３ａ、３３ｂの球中心Ｐａ，Ｐｂの三次元座標データが算出される。
【００２０】
一方でコンピュータ５０に、図２鎖線で示すＣＡＤデータの第１ＣＡＤ曲面Ｃａ、第２ＣＡＤ曲面Ｃｂ及びＣＡＤコーナー面Ｃｃの面データを格納しておく。２個の測定子３３ａ、３３ｂが測定対象物１の両曲面３ａ、３ｂの各１点のサンプリングポイントに同時に接触して、各々の球中心Ｐａ，Ｐｂの三次元座標データが求まると、この球中心Ｐａ、Ｐｂを対応するＣＡＤ曲面Ｃａ、Ｃｂに直交方向から投影した投影点Ｑａ、Ｑｂの三次元座標データを算出する。そして、図３に示すように２点の球中心Ｐａ、Ｐｂと２点の投影点Ｑａ、Ｑｂの４点から断平面を定義する。測定子３３ａの中心Ｐａと投影点Ｑａを結ぶ直線上で点Ｐａから測定子の半径分だけ離れた位置の点Ｍａが求まり、曲面３ａでの誤差（ベクトルｅa）がＭａ、Ｑａから算出される。曲面３ｂについても同様にして誤差（ベクトルｅｂ）が算出される。したがって、断平面上での仮想稜線のＣＡＤデータからの誤差（ベクトルｅ）は、ベクトルｅａ＋ベクトルｅｂで算出され、1点の位置座標データが求まる。
【００２１】
以上の両曲面３ａ、３ｂのサンプリング動作が、図１の測定点指示具３０をコーナー部２の方向に倣わせて複数の離隔したサンプリングポイントＳ1、Ｓ2、…で順に行われて、仮想稜線４の三次元座標データが算出される。測定対象物１の両曲面３ａ、３ｂの座標データとＣＡＤ曲面Ｃａ、ＣｂのＣＡＤデータで曲面間のずれ量が算出され、両ＣＡＤ曲面Ｃａ、Ｃｂの延長面が交差するＣＡＤ仮想稜線Ｃｄと測定対象物１の仮想稜線４の座標データから両者仮想稜線Ｃｄと４のずれ量Ｄｘが算出される。このようなずれ量の有無、大小を評価することで測定対象物１のコーナー部２と両曲面３ａ、３ｂの寸法精度等が高精度で評価される。
【００２２】
以上の仮想稜線測定方法において使用される測定点指示具３０の２個の測定子３３ａ、３３ｂは、半径の異なる球体であってもよい。また、測定点指示具３０に５個の測定子３３ａ〜３３ｅを間隔や方向性を相違させて設置して、測定対象物１のコーナー部２の大きさや仮想稜線方向に合わせて最も適合する２個の測定子を使用するようにすれば、測定点指示具３０の手動による倣い操作が常に良好な条件下で行えるようになり、仮想稜線の三次元測定作業の作業性がより改善される。また、以上の実施形態は光学式測定点指示具３０を使用しているが、この種の測定点指示具は機械式の三次元測定装置に付属の測定点指示具を使用することも可能である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、測定対象物のコーナー部を挟む両曲面に測定点指示具の２個の測定子を同時に当接させて両曲面の各１点のサンプリングポイントの座標データを求め、コーナー部における仮想稜線の三次元座標データをコンピュータで算出するようにしたので、１つの仮想稜線の測定作業が１つの測定点指示具をコーナー部に倣わすだけの工数少ない簡単な作業で実施できて、作業性の大幅な改善が図れる。
【００２４】
また、測定点指示具の先端に３個以上の測定子を相互に離隔させて設置して、測定対象物のコーナー部の形状寸法、方向性に最も適合した２個の測定子を選択して使用することで、測定対象物のコーナー部を挟む両曲面に２個の測定子を手動でより移動させ易いように操作することができて、仮想稜線測定の手動で行なわれる作業行程の作業性が尚一層に改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の実施形態を示す測定対象物と測定点指示具の斜視図。
【図２】図１における２個の測定子とＣＡＤデータ曲面の関係を示す斜視図。
【図３】図１における２個の測定子とＣＡＤデータ曲面と測定対象物曲面の関係を示す断面図。
【図４】仮想稜線測定に使用する測定点指示具の一例を示す斜視図。
【図５】測定対象物のコーナー部の斜視図。
【図６】図５の測定対象物の従来方法による仮想稜線測定方法を説明するための斜視図。
【図７】図５の測定対象物の他の従来方法による仮想稜線測定方法を説明するための斜視図。
【符号の説明】
１    測定対象物
２    コーナー部
３ａ  第１曲面
３ｂ  第２曲面
４    仮想稜線
３０    測定点指示具
３３    測定子
３３ａ、３３ｂ  （使用する２個の）測定子
５０    コンピュータ
【図１】
0004429503.tif 000002
【図２】
0004429503.tif 000003
【図３】
0004429503.tif 000004
【図４】
0004429503.tif 000005
【図５】
0004429503.tif 000006
【図６】
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【図７】
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