(57)【要約】【課題】形状計測を短時間に行うと共に、測定対象物のエッジ部分の外挿精度を向上することができる形状計測装置および形状計測方法を提供する。【解決手段】測定対象物Ｔの形状データを取得する測定装置３と、測定装置３により取得された所定数の測定点の位置情報に基づいて、測定対象物Ｔ上の全ての点の位置情報を推定する形状推定手段を有する制御装置５と、を備えた形状計測装置１において、形状推定手段は、測定対象物Ｔにおける非測定点の位置情報を、所定数の測定点の位置情報と、測定点および非測定点の目標形状を表すひずみ量とから推定可能に構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物の形状データを取得する測定装置と、
前記測定装置により取得された所定数の測定点の位置情報に基づいて、前記測定対象物上の全ての点の位置情報を推定する形状推定手段を有する制御装置と、を備えた形状計測装置において、
前記形状推定手段は、前記測定対象物における非測定点の位置情報を、前記所定数の測定点の位置情報と、前記測定点および前記非測定点の目標形状を表すひずみ量とから推定可能に構成されていることを特徴とする形状計測装置。
【請求項２】
前記制御装置に、
前記測定装置による結果と、前記形状推定手段による結果とを合成した結果を出力する出力手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の形状計測装置。
【請求項３】
目標形状データの情報を制御装置内へデータとして取り込む目標形状設定ステップと、
加工された測定対象物上の所定数の測定点の位置情報を測定する位置測定ステップと、
該位置測定ステップにより測定された前記所定数の測定点の位置情報を記憶する測定結果記憶ステップと、
前記測定対象物における非測定点の位置情報を、前記所定数の点の位置情報と、前記測定点および前記非測定点の前記目標形状を表すひずみ量とから推定する非測定点推定ステップと、
前記位置測定ステップによる位置情報と前記非測定点推定ステップによる位置情報とを合成して、形状計測結果を出力する形状計測結果出力ステップと、を備えていることを特徴とする形状計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、形状計測装置および形状計測方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、曲面の形状測定装置としては、レーザ光などの光を測定対象物の表面に照射して測定対象物までの距離を計測することで形状を計測するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１のような形状計測方法では、計測点が多い場合には計測点を間引きし、計測していない点は補間する方法が一般的である。この補間方法としては、ＦＥＭ解析による強制変形計算を実施し、非計測点は近傍の強制変形させる点（計測点）に伴い変形させている。また、上述の形状計測方法では計測した結果をもとにＦＥＭ解析を実施するため、ＦＥＭ格子点の全点（要素）の情報（計測値または実用上許容できる補間値）が必要である。
【特許文献１】特開２００４−３４７５２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述の形状計測方法では、測定対象物のたわみ量が大きい場合には、強制変形計算のみでは、非計測点の補間精度に限界があるため、計測可能な点は全て計測していた。しかしながら、計測することができない測定対象物のエッジ部分や、時間短縮のためにやむを得ず間引き計測を行った場合の非計測点の補間・補外精度が悪くなってしまうという問題があった。さらに、測定対象物のエッジ部分については、測定装置を用いて実際に計測することが困難であるという問題があった。
【０００４】
そこで、本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、形状計測を短時間に行うと共に、測定対象物のエッジ部分の外挿精度を向上することができる形状計測装置および形状計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、測定対象物の形状データを取得する測定装置と、前記測定装置により取得された所定数の測定点の位置情報に基づいて、前記測定対象物上の全ての点の位置情報を推定する形状推定手段を有する制御装置と、を備えた形状計測装置において、前記形状推定手段は、前記測定対象物における非測定点の位置情報を、前記所定数の測定点の位置情報と、前記測定点および前記非測定点の目標形状を表すひずみ量とから推定可能に構成されていることを特徴としている。
【０００６】
請求項２に記載した発明は、前記制御装置に、前記測定装置による結果と、前記形状推定手段による結果とを合成した結果を出力する出力手段を備えていることを特徴としている。
【０００７】
請求項３に記載した発明は、目標形状データの情報を制御装置内へデータとして取り込む目標形状設定ステップと、加工された測定対象物上の所定数の測定点の位置情報を測定する位置測定ステップと、該位置測定ステップにより測定された前記所定数の測定点の位置情報を記憶する測定結果記憶ステップと、前記測定対象物における非測定点の位置情報を、前記所定数の点の位置情報と、前記測定点および前記非測定点の前記目標形状を表すひずみ量とから推定する非測定点推定ステップと、前記位置測定ステップによる位置情報と前記非測定点推定ステップによる位置情報とを合成して、形状計測結果を出力する形状計測結果出力ステップと、を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載した発明によれば、測定点を間引きして少なくすることができるため、形状計測を短時間に行うことができる効果がある。また、測定対象物のエッジ部分などの非測定点の位置情報を、その直近の測定点と、測定点および非測定点の目標形状を表すひずみ量とから推定可能に構成したため、測定対象物のエッジ部分の外挿精度を向上することができる効果がある。そして、従来の装置と計算ソフトを入れ替えるのみで略同一の装置構成で実現することができるため、費用をかけることなくより正確な形状計測をすることができる効果がある。
【０００９】
請求項２に記載した発明によれば、出力手段により形状計測結果を容易に視認することができるため、計測結果を把握し易くすることができる効果がある。
【００１０】
請求項３に記載した発明によれば、測定点を間引きして少なくすることができるため、形状計測を短時間に行うことができる効果がある。また、測定対象物のエッジ部分などの非測定点の位置情報を、その直近の測定点と、測定点および非測定点の目標形状を表すひずみ量とから推定可能に構成したため、測定対象物のエッジ部分の外挿精度を向上することができる効果がある。さらに、形状計測結果出力ステップにより形状計測結果を容易に視認することができるため、計測結果を把握し易くすることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。
図１に示すように、形状計測装置１は、レーザ光によって測定対象物Ｔの表面形状（位置情報）を測定可能な測定装置３と、測定装置３の動作を制御すると共に、測定装置３の測定結果に基づいて演算などを行う制御装置５とを備えている。
【００１２】
測定装置３は、略棒状の本体部７と、本体部７の先端（一端）に取り付けられた触針部９と、本体部７の他端に取り付けられた測定部１１とを有している。触針部９は、測定対象物Ｔの表面に接触可能に構成されている。本体部７および触針部９は、測定対象物Ｔの形状（撓み形状）に合わせて上下動可能に構成されている。
【００１３】
測定部１１では、本体部７および触針部９の上下動を、レーザ光を用いて検知することで、測定点における測定対象物Ｔの位置情報（形状）を測定可能に構成されている。また、測定部１１は、制御装置５と接続されており、制御装置５からの信号により測定点の座標情報などを受け取り、所望の位置へ移動可能に構成されている。また、測定部１１で測定した測定対象物Ｔの位置情報を制御装置５へ伝送可能に構成されている。
【００１４】
制御装置５は、測定対象物Ｔの目標形状データを記憶する目標形状記憶部１３と、測定対象物Ｔの測定点の座標情報（位置情報）などを測定部１１へ伝送する制御部１５と、測定部１１から受け取った測定結果を記憶する測定結果記憶部１７と、目標形状記憶部１３に記憶された目標形状データの情報と測定結果記憶部１７に記憶された測定結果の位置情報とから、非測定点の位置情報を推定する非測定点推定部１９と、測定点の位置情報と非測定点の位置情報を合成して、その結果を表示する結果表示部２１とを有したコントロールボックスなどで構成されている。
【００１５】
制御装置５は、コンピュータおよびそれを動作させるソフトウェアなどで構成されている。また、目標形状記憶部１３および測定結果記憶部１７は、ＲＡＭやハードディスクなどで構成されており、それぞれが別のＲＡＭやハードディスクであってもよいし、同一のＲＡＭやハードディスク内に記憶領域を分けて構成されていてもよい。さらに、結果表示部２１はコンピュータのディスプレイなどで構成されている。そして、制御部１５および非測定点推定部１９は、コンピュータ内のＣＰＵなどで構成され、測定部１１や結果表示部２１への指示の伝送や各種演算をすることができるように構成されている。
【００１６】
次に、形状計測装置１を用いて測定対象物Ｔの形状を計測する方法を、図２を用いて説明する。
ステップ１（Ｓ１）では、測定対象物Ｔの目標形状データを制御装置５の目標形状記憶部１３へ記憶させる（目標形状設定ステップ）。ここで、目標形状データはＣＡＤデータなどで構成されており、そのＣＡＤデータを、制御装置５を構成しているコンピュータ内のＲＡＭやハードディスクなどへ保存する。なお、目標形状データは、測定対象物Ｔの各点の位置情報や各要素におけるひずみ量がデータ化されて構成されている。
【００１７】
ステップ２（Ｓ２）では、測定対象物Ｔを形状計測装置１の所定の位置へセットすると共に、測定装置３が適正な位置に配置されているかを確認する。
【００１８】
ステップ３（Ｓ３）では、制御装置５の制御部１５から測定装置３の測定部１１へ測定点の座標情報などの信号を送信する。信号を受信した測定部１１は、その信号に基づいて測定装置３を測定点の座標（平面的な座標）まで移動させ、測定点に移動した後に、本体部７および触針部９を上下動させて触針部９が測定対象物Ｔの表面に接触したところで停止させる。本体部７および触針部９が停止した位置を測定部１１に内蔵されている図示しないレーザ検出装置で位置情報（撓み量）を検出し（位置測定ステップ）、制御装置５へ位置情報を送信する。ここで、測定点の箇所数は、目標形状データにインプットされているポイントの箇所数よりも少なく設定されている。
【００１９】
ステップ４（Ｓ４）では、測定装置３から送信された測定結果（位置情報）を制御装置５の測定結果記憶部１７に記憶する（測定結果記憶ステップ）。
【００２０】
ステップ５（Ｓ５）では、ＣＰＵからの指示により、目標形状記憶部１３に記憶されている目標形状データのうち、ステップ３で測定された測定点以外の非測定点に対応する要素のひずみ量を一旦ＲＡＭやハードディスクの別の領域に抜き出して保存する。抜き出されたひずみ量のデータと、測定結果記憶部１７に記憶されている測定点の位置情報とから非測定点の位置情報を非測定点推定部１９のＣＰＵで演算して算出する（非測定点推定ステップ）。
【００２１】
ステップ６（Ｓ６）では、ステップ３で測定した測定点の測定結果（位置情報）と、ステップ５で算出された非測定点の位置情報とを合成し、その計測結果を結果表示部２１に表示する（形状計測結果出力ステップ）。
【００２２】
次に、形状計測装置１を用いて測定対象物Ｔの形状を測定した結果と実際の測定対象物の形状との比較を行う。
図３に示すように、加工後の測定対象物Ｔの表面をライン３１〜３６に沿って測定装置３にて測定して測定点の位置情報を得るとともに、その測定点の位置情報と測定点および非測定点の目標形状を表すひずみ量とを用いて非測定点の位置情報を求め、それら位置情報を合成することで加工後形状を求める。その加工後形状と実際の測定対象物形状とを比較する。比較する対象として、断面４１〜４３を採用する。
【００２３】
図４（Ａ）は、断面４１の比較結果である。実線で示されている本形状計測装置１による加工後形状と、破線で示されている実際の測定対象物形状との間には、最大で２．９ｍｍの誤差があった。
【００２４】
図４（Ｂ）は、断面４２の比較結果である。同じく加工後形状と、実際の測定対象物形状との間には、最大で３．１ｍｍの誤差があった。
【００２５】
図４（Ｃ）は、断面４３の比較結果である。同じく加工後形状と、実際の測定対象物形状との間には、最大で２．４ｍｍの誤差があった。
【００２６】
次に、上述した形状計測方法ではなく、非測定点の形状を求める方法として有限要素解析による強制変形計算を用いた場合の結果を図５に示す。
【００２７】
図５（Ａ）は、断面４１の比較結果である。実線で示されている強制変形計算を用いた加工後形状と、破線で示されている実際の測定対象物形状との間には、最大で３．８ｍｍの誤差があった。
【００２８】
図５（Ｂ）は、断面４２の比較結果である。同じく加工後形状と、実際の測定対象物形状との間には、最大で１３．１ｍｍの誤差があった。
【００２９】
図５（Ｃ）は、断面４３の比較結果である。同じく加工後形状と、実際の測定対象物形状との間には、最大で２１．４ｍｍの誤差があった。
【００３０】
上述のように、いずれの断面においても形状計測装置１を用いた方が、実際の測定対象物Ｔの表面形状を誤差なく計測することができる。
【００３１】
更に、図６に示すように、同一の測定対象物Ｔを用いて、従来のように加工後の測定対象物Ｔの表面をライン５１〜６５に沿って測定装置３にて測定し、非測定点については有限要素解析による強制変形計算を用いた場合の結果を図７に示す。
【００３２】
図７（Ａ）は、断面４１の比較結果である。実線で示されている強制変形計算を用いた加工後形状と、破線で示されている実際の測定対象物形状との間には、最大で３．１ｍｍの誤差があった。ここで、測定点を増やした分、図５（Ａ）の誤差よりは小さくなっているが、図４（Ａ）の誤差よりは大きいことが分かる。
【００３３】
図７（Ｂ）は、断面４２の比較結果である。同じく加工後形状と、実際の測定対象物形状との間には、最大で１３．９ｍｍの誤差があった。ここで、測定点を増やしたにもかかわらず、図５（Ｂ）の誤差よりも大きくなっていることが分かる。つまり、測定対象物Ｔのエッジ部分の形状については、測定点を増やしても強制変形計算手法では外挿精度が得られないことが分かる。
【００３４】
図７（Ｃ）は、断面４４の比較結果である。同じく加工後形状と、実際の測定対象物形状との間には、最大で７．３ｍｍの誤差があった。ここで、断面４４についても測定対象物Ｔのエッジ部分の形状については、誤差が大きいことが分かる。
【００３５】
本実施形態によれば、測定対象物Ｔの形状データを取得する測定装置３と、測定装置３により測定された所定数の測定点の位置情報に基づいて、測定対象物Ｔ上の全ての点の位置情報を推定する形状推定手段を有する制御装置５と、を備えた形状計測装置１において、形状推定手段は、測定対象物Ｔにおける非測定点の位置情報を、所定数の測定点の位置情報と、測定点および非測定点の目標形状を表すひずみ量とから推定可能に構成した。
【００３６】
したがって、測定点を間引きして少なくすることができるため、形状計測を短時間に行うことができる。また、測定対象物Ｔのエッジ部分などの非測定点の位置情報を、その直近の測定点の位置情報と、測定点および非測定点の目標形状を表すひずみ量とから推定可能に構成したため、測定対象物Ｔのエッジ部分の外挿精度を向上することができる。結果として、測定点を少なくしても、従来の形状計測方法よりもより正確な形状計測をすることができる。特に、測定対象物Ｔのエッジ部分において従来法よりも精度を向上することができる。
そして、従来の装置と計算ソフトを入れ替えるのみで略同一の装置構成で実現することができるため、費用をかけることなくより正確な形状計測をすることができる。
【００３７】
また、制御装置５に、測定装置３による測定結果と、非測定点推定部１９における非測定点推定ステップの結果とを合成した結果を出力するためのコンピュータのディスプレイなどを備えたため、形状計測結果を容易に視認することができ、計測結果を把握し易くすることができる。
【００３８】
尚、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。例えば、形状計測装置の形状、装置構成、機能などの具体的な構成については上記実施形態に限ることなく適宜変更が可能である。
例えば、本実施形態においては、接触式の測定装置を採用した場合の説明をしたが、非接触式の測定装置を採用しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態における形状計測措置の概略構成ブロック図である。
【図２】本発明の実施形態における形状計測装置により形状計測方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施形態における測定対象物の説明図である。
【図４】本発明の実施形態における形状計測結果と実際の形状との比較図である。
【図５】従来の強制変形計算手法を用いた場合の形状計測結果と実際の形状との比較図である。
【図６】測定対象物の説明図である。
【図７】従来の強制変形計算手法を用いた場合の形状計測結果と実際の形状との比較図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…形状計測装置  ３…測定装置  ５…制御装置  ２１…結果表示部（出力手段）  Ｔ…測定対象物
【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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