(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物（１２）に開口されている穴に挿入する測定プローブ（１４）と、
当該穴の設計位置データを記憶する設計位置データ記憶手段（２５）と、
前記穴の位置の測定結果を記憶する測定結果記憶手段（２５）と、
前記穴の設計位置データと測定結果とから穴の位置ずれ距離と位置ずれ方向とに関する傾向を演算する演算手段（３２，３４，３６）と、
前記設計位置データ記憶手段に記憶されている設計位置データに基づいて前記測定プローブを移動させる一方、当該設計位置に穴が存在しなかったときには前記演算手段によって演算された穴の位置ずれ距離と位置ずれ方向との傾向並びに前記設計位置データに基づいて前記測定プローブを移動させる測定プローブ移動手段（３０）とを有することを特徴とする加工穴の位置計測機。
【請求項２】
前記穴が設計位置に存在しなかったときの検索動作に関するデータを記憶する検索動作データ記憶手段（３０）をさらに有し、
前記測定プローブ移動手段（３０）は、前記設計位置データ記憶手段に記憶されている設計位置データに基づいて前記測定プローブを移動させる一方、当該設計位置に穴が存在しなかったときには前記演算手段によって演算された穴の位置ずれ距離と位置ずれ方向との傾向および前記検索動作データ記憶手段に記憶されている検索動作に関するデータに基づいて前記測定プローブを移動させることを特徴とする請求項１に記載の加工穴の位置計測機。
【請求項３】
前記検索動作データ記憶手段（３０）に記憶されているデータは、前記演算手段によって演算された穴の位置ずれ距離を半径とする円の円周上の測定箇所とその測定方向であることを特徴とする請求項２に記載の加工穴の位置計測機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば車両のパネルに開けられた穴の位置を測定する加工穴の位置計測機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、試作工程や検査工程において、部品の形状や加工穴の位置は設計通りであるか、制作された車両の寸法などが設計通りであるか等を三次元自動計測装置で計測している。
【０００３】
たとえば、加工穴の位置を計測する場合、三次元自動計測装置が備える測定プローブの先端部分をＣＡＤで作成された位置データを基に動かしてその穴に落としこみ、実際に穴があいていることを確認するという作業を、車両の全ての測定ポイント（加工穴）に対して行なう。
【０００４】
この場合、ＣＡＤデータとは異なる位置（設計された位置とは異なる位置）に加工穴が開いていた場合には測定不能（以降の測定動作が停止する）となってしまうが、単に開いているべき位置に穴がないというだけで測定動作が停止してしまったのでは非効率的であるので、現行の装置では、ある程度の範囲内で穴を自動検索し、できるだけ測定不能となることがないように検索動作するものがある。
【０００５】
たとえば、測定プローブをＣＡＤデータにしたがって穴のあるべき位置に動かし、それを穴の中に落とし込むように動かしたところ、パネルに当たって落とし込めなくなった場合には、その位置に穴がないものと判断し、測定プローブを現在の位置から一定距離、決められている方向に動かして、その動かす前の位置（穴に落とし込めなかったた位置）を中心とする所定半径の円上をその動かした位置から中心角を３０゜づつずらしながら移動させて、１点ずつ落としこむ動作をさせ、これでも見つからない場合には、更に大きな半径の同心円上を同様に移動させる、この動作を一定の半径の同心円まで行い、それでも穴が見つからない場合には、目的とする穴の測定は不能であるとして次の測定ポイントの測定を同様にして行う。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の三次元自動測定装置によれば、穴がずれて開いている場合でも、その位置を自動的に検索しながら測定を継続できるので、全ての測定ポイントの測定を自動的に行えるという利点はあるものの、穴の位置ずれが生じている場合には、各穴について検索動作を行うことになるので、測定に時間がかかるという問題がある。
【０００７】
たとえば、測定ポイントの全ての穴の位置が、設計位置から一様に同じ方向にずれて開いているような場合には、全ての測定ポイントについて同じ動作パターンの検索動作（検索動作の始点や順序が決められているため）が行われるので、穴のずれ方向によっては１ポイント１ポイントの測定に非常に時間がかかってしまうことになる。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点を解決するために成されたものであり、実際の測定データを統計処理することによって加工穴の開口位置のずれの傾向を割りだし、この傾向に基づいて効率的な測定をすることができるようにした加工穴の位置計測機の提供を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明は、各請求項毎に次のように構成されている。
【００１１】
請求項１に記載の発明にあっては、測定対象物に開口されている穴に挿入する測定プローブと、当該穴の設計位置データを記憶する設計位置データ記憶手段と、前記穴の位置の測定結果を記憶する測定結果記憶手段と、前記穴の設計位置データと測定結果とから穴の位置ずれ距離と位置ずれ方向とに関する傾向を演算する演算手段と、前記設計位置データ記憶手段に記憶されている設計位置データに基づいて前記測定プローブを移動させる一方、当該設計位置に穴が存在しなかったときには前記演算手段によって演算された穴の位置ずれ距離と位置ずれ方向との傾向並びに前記設計位置データに基づいて前記測定プローブを移動させる測定プローブ移動手段とを有することを特徴とするものである。
【００１２】
このように、穴の位置ずれ傾向を、設計位置データに対する穴の位置ずれ距離と位置ずれ方向とに分けて演算することによって、最初の移動の時から測定プローブを穴の存在する確率の高い位置に持っていくことができるようになり、非常に効率的な測定が可能となる。
【００１３】
請求項２に記載の発明にあっては、前記穴が設計位置に存在しなかったときの検索動作に関するデータを記憶する検索動作データ記憶手段をさらに有し、前記測定プローブ移動手段は、前記設計位置データ記憶手段に記憶されている設計位置データに基づいて前記測定プローブを移動させる一方、当該設計位置に穴が存在しなかったときには前記演算手段によって演算された穴の位置ずれ距離と位置ずれ方向との傾向および前記検索動作データ記憶手段に記憶されている検索動作に関するデータに基づいて前記測定プローブを移動させることを特徴とするものである。
【００１４】
このように、穴の位置ずれ傾向を、設計位置データに対する穴の位置ずれ距離と位置ずれ方向とに分けて演算することによって、最初の移動の時から測定プローブを穴の存在する確率の高い位置に持っていくことができるようになり、また、最初の移動位置において穴の存在が認められなかった場合には、検索動作データ記憶手段に記憶されている検索動作に関するデータに基づいて効率的に穴の検索動作が行われることになるので、非常に効率的な測定ができるようになる。
【００１５】
また、請求項３のように、検索動作に関するデータを演算手段によって演算された穴の位置ずれ距離を半径とする円の円周上の測定箇所とその測定方向とすることによって、穴の検索を効率的にすることができるようになる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の１実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明にかかる加工穴の位置計測機の外観図である。
図示されているように、この位置計測機１０には、車両のボディー１２が所定の姿勢で高精度に位置決め載置されている。この位置計測機１０には、測定プローブ１４をＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動させるためのアーム１６，１８が設けられている。
【００１７】
測定プローブ１４は、図２に示すような方向に回動および接触角度変更自在に支持されている。また、測定プローブ１４の付け根の部分には、接触力を測定するトルクセンサ２０が設けられ、その先端部分は球状になっている。
【００１８】
この測定プローブ１４の先端部分がボディー１２に接触すべき位置の３次元位置データは、設計位置データとして、ボディー１２の設計時に作成されたＣＡＤデータが用いられる。本実施の形態では、この３次元位置データは、ボディー１２に開けられている図示されていない加工穴（数百箇所ある）の設計位置データである。したがって、測定プローブ１４は、その先端部分が設計位置データの示す３次元座標に所定の順番に設定されることになる。
【００１９】
図３は、本発明にかかる加工穴の位置計測機の制御系を示すブロック図である。
図中のデータベース２５には、前述のＣＡＤデータから抽出した設計位置データと基準値とが記憶されている。また、この設計位置データは当初は基準値としても単独で記憶されているが、この基準値は、後述するように、測定が進むにしたがって変化する。
【００２０】
計測器制御部３０は、この設計位置データと基準値とに基づいて測定プローブ１４の先端部分がこの設計位置データや基準値が示す座標値に設定されるように各アーム１６，１８を動かす。
【００２１】
また、データベース２５には、測定プローブ１４によって実際に測定した穴の位置に関する三次元データが実測値として蓄積されるようになっている。なお、この実測値は、決められた容量の範囲内で更新記憶されるようになっている。したがって、古いデータは新しいデータの記憶とともに捨てられていくことになる。このようにしたのは、常に新しいデータに基づいて加工穴のずれの傾向が把握できるようにするためである。つまり、信頼性の高い基準値を得ることができるようにするためである。なお、このデータベース２５は、設計位置データ記憶手段および測定結果記憶手段としての役割を有するものである。
【００２２】
ずれ量算出部３２は、データベース２５に記憶されている基準値と実測値とから、設計位置に対して実際に開いている位置がどの程度の距離ずれているのかを各穴について算出するものである。
【００２３】
ずれ方向算出部３４は、データベース２５に記憶されている基準値と実測値とから、設計位置に対して実際に開いている位置がどの方向にずれているのかを算出するものである。
【００２４】
実測値推移判断部３６は、ずれ量算出部３２で算出された穴ずれの距離、ずれ方向算出部３４で算出された穴ずれの方向に関する演算結果から、穴ずれの傾向を統計的に把握して基準値を算出し、データベース２５に記憶されている基準値を更新記憶させるものである。なお、ずれ量算出部３２，ずれ方向算出部３４，実測値推移判断部３６は、演算手段を構成する。
【００２５】
計測器制御部３０は、この実測値推移判断部３６によって最新の基準値に基づいて、設計位置データが示す座標値に設定され測定プローブの先端位置を補正する。この計測器制御部３０は、測定プローブ移動手段として機能するものである。
【００２６】
以上のように構成された本発明の加工穴の位置計測機は、概略以下のように動作する。
以下の動作は、請求項１の構成に関するものである。この発明の動作を端的に言うと、測定プローブ１４を最初に移動させるべき位置を、過去の測定結果の傾向から予測し、その位置に測定プローブを設定し、これでも穴が存在しなかった場合には、従来と同様の穴の検索動作を行うものである。
【００２７】
まず、この位置計測機１０の測定プローブ１４はデータベース２５に記憶されている設計位置データに基づいてその位置に設定される。そして、この測定プローブ１４の先端部分を穴の中に落とし込む動作がされる。穴が設計位置に開いている場合には、この動作によって測定プローブ１４の先端部分が穴の中に挿入されて測定を行うことができるが、穴の位置がずれていた場合には、測定プローブ１４の先端部分が穴の中に入らず、ボディー１２のパネルに干渉してしまうことになる。このような場合には、図４に示すようにして、測定プローブ１４の位置を現在の位置から所定の方向に所定の距離だけ（方向と距離は予め決められている）移動し、その移動距離を半径とする円上の点を所定の中心角度ごとに測定点（この測定開始点は予め設定されている）とみなして測定プローブ１４の先端部分を落とし込む動作を所定の方向（たとえば時計回り）に順番に行う。この円上を一周しても穴が見つからなかった場合には、更に大きな半径の円を設定して同様の動作をする。このような動作を何回か繰り返して穴の測定が行われなければ、その穴を無視して次の穴の測定に入る。
【００２８】
このような測定を繰り返していくうちにデータベース２５には実測値に関するデータが蓄積される。ずれ量算出部３２では穴の位置が設計値とどの程度の距離のずれがあるのかを各穴について算出し、また、ずれ方向算出部３４では穴の位置が設計値からどの方向にずれているのかを各穴について算出する。
【００２９】
実測値推移判断部３６では、ずれ量算出部３２やずれ方向算出部３４によって算出されたずれの距離やずれの方向に関する過去１０回の実測値の平均値をとって、これを基準値として算出する。この基準値は、図５に例示したように決定する。つまり、図５の（ａ）に示すように、実測値が一様に＋の傾向に転じている場合には、この傾向に合わせて基準値を新たな基準値に変更する。たとえば、同図（ｂ）に示すように、ばらつきの傾向が一様である場合には、その方向に基準値をずらす。このようにすれば、測定プローブ１４を最初に動かした時に穴の上に位置される確率が高くなる。
【００３０】
また、同図（ｃ）に示すように、ばらつき方は一様ではないものの、ばらつく距離に一定の傾向が見られるような場合には、基準値にしたがって穴への挿入を試みたところ、実際にはその位置に穴がなかった場合には、一定の距離一定の方向にずらす。このようにすれば、穴の上に位置される確率が高くなる。さらに、図６に示すように、ずれの距離がまちまちであるものの、ずれの方向が一定の場合には、その方向についてのみ穴の検索をすれば穴をみつけることができるのであるから、方向についてのみ基準値を変える。このようにして算出された新たな基準値は、データベース２５に記憶される。
【００３１】
測定器制御部３０は、データベース２５に記憶されている設計位置データと基準値を参照して、最初に測定プローブ１４の先端部分を位置させるべき座標を演算し、その座標に位置させて測定プローブ１４の先端部分を穴の中に落とし込む動作がされる。これでも穴の位置がずれていた場合には、測定プローブ１４の先端部分が穴の中に入らず、ボディー１２のパネルに干渉してしまうことになる。このような場合には、図４に示すようにして、測定プローブ１４の位置を現在の位置から所定の方向に所定の距離だけ（方向と距離は予め決められている）移動し、その移動距離を半径とする円上の点を所定の中心角度ごとに測定点（この測定開始点は予め設定されている）とみなして測定プローブ１４の先端部分を落とし込む動作をする。この円上を一周しても穴が見つからなかった場合には、更に大きな半径の円を設定して同様の動作をする。このような動作を何回か繰り返して穴の測定が行われなければ、その穴を無視して次の穴の測定に入る。
【００３２】
以上のように、基準値を実測値の傾向に応じた値に変化させることによって、測定プローブ１４を最初に位置させた点で穴をみつけることができる確率を格段に高めることができるようになり、穴が見つからなかった場合に行われる検索動作にかかる無駄な時間を節約することができるようになる。
【００３３】
次に、請求項２および請求項３の構成に関する動作について説明する。この構成では、計測器制御部３０に、前述の穴が見つからなかった場合に行われる検索動作に必要な検索動作に関するデータが備えられている。つまり、計測機制御部３０は検索動作データ記憶手段を備えているのである。
【００３４】
この検索動作に関するデータは、前記のようにして実測値の統計処理から得られた穴の位置ずれ距離を半径とする円の円周上の測定箇所とその統計処理から得られた測定方向に関するデータである。つまり、半径に関する変数が記憶され、この変数には、測定結果から得られた穴のすれ量（距離）の基準値が代入される。また、円の円周上の測定箇所は、その円の中心角に関するデータ（たとえば３０゜毎）である。
【００３５】
これらの請求項の構成では、測定プローブ１４を最初に設定するまでは上記した請求項１の構成の場合と同様にして行われるが、この位置に穴がなかった場合に行われる検索動作は請求項１の場合と異なっている。
【００３６】
つまり、請求項１の場合には、図４に示した様に、測定プローブ１４の位置を現在の位置から所定の方向に所定の距離だけ（方向と距離は予め決められている）移動し、その移動距離を半径とする円上の点を所定の中心角度ごとに測定点（この測定開始点は予め設定されている）とみなして測定プローブ１４の先端部分を落とし込む動作をするが、請求項２および請求項３の構成では、測定プローブ１４を動かす距離とその方向は、図５および図６に示したような統計処理の結果から得られたデータに基づいて決め、更に、それでも穴がなかった場合には、穴が存在する確率の高い方向についての検索のみを行うようになっている点が異なっている。
【００３７】
すなわち、測定プローブ１４が、設計位置データと基準値とに基づいて、穴の存在する確率の高い場所に移動させて測定プローブ１４を下げたところ、穴が存在しなかった場合には、次に測定プローブ１４を動かすべき距離と方向とを基準値にしたがって算出し、穴の検索動作を行う。
【００３８】
たとえば、図６に示すように、ある一定の方向に穴の存在する位置がばらついているような測定データが得られている場合には、図４に示すように、まず測定プローブ１４をその方向に移動させる。またこのときの移動量は、図５に示すようなばらつきの距離から割り出す。これでも穴が見つからなかった場合には、さらにばらつきある方向（たとえば図６に示した方向）に測定プローブ１４を動かす。つまり、過去の実測値に基づいてある範囲内で穴の検索を行うのである。このようにして、穴の存在していそうな場所を検索するようにすれば、穴の存在する確率の高い範囲の検索を行うことができるようになるため、検索動作に要する時間を格段と減少させることができるようになる。
【００３９】
このように、本発明の加工穴の位置測定器を用いることによって、加工穴の測定効率を従来のものとは比較にならないほど高めることができるようになる。加工穴の位置測定の場合には、その穴の数が非常に多いので、本発明のような装置は測定効率の向上に非常に役立つことになる。
【００４０】
次に、図７のフローチャートに基づいて本発明の加工穴の位置計測機の動作を詳細に説明する。
【００４１】
まず、実測値推移判断部３６では、データベース２５に記憶されている実測値から最新の過去１０回程度の実測値を取り出して、実測値の傾向に変化があるかどうか判断する（Ｓ１，Ｓ２）。実測値に変化傾向がある場合には、現在の基準値を使用していたのでは測定の効率が低下する恐れがあるので、新たな基準値を算出してデータベース２５に記憶させる。以降の測定により行われる穴の検索動作は、この基準値を基に行われるようになる（Ｓ３，Ｓ４）。
【００４２】
加工穴の測定が開始され、測定プローブ１４の一回目の動作で穴が見つかった場合には、その穴の位置測定を測定プローブ１４の先端部分を挿入することによって行う。一方、その位置に穴が存在しなかった場合には、過去の実測値の基準値に対するすれ方向のベクトルを算出する。つまり、図６に示したように、どの方向にずれる傾向があるのかを算出する。この傾向は、実測値の各穴に対して行われる（Ｓ５，Ｓ６）。
【００４３】
各穴に対するずれ方向のベクトル誤差が、予め設定されている誤差基準値よりも大きければ、ばらつきの方向に相関関係がないと判断し、従来の同様に、円周上を一定の中心角度ごとに動かしながら穴の検索動作を行う（Ｓ７，Ｓ８）。一方、各穴に対するずれ方向のベクトル誤差が、予め設定されている誤差基準値よりも小さければ、ばらつきの方向に相関が見られるので、平均ベクトル方向のみ穴の検索動作を行う。たとえば図６に示すように、穴のばらつく距離が異なっていてもそのばらつきの方向に相関がある場合である（Ｓ９）。
【００４４】
次に、過去の実測値の基準値に対するばらつきの距離の誤差を各穴について算出し（Ｓ１０）、この算出された誤差のうち、最大のものから最小のものを引いた値が予め設定されている誤差基準値よりも大きければ、穴の直径から測定プローブ１４の先端部分のチップの直径を引いた距離だけずらす（Ｓ１１，Ｓ１２）。これでも穴が見つからなかった場合には、上記のステップで算出されたずらし量だけ更にずらして穴の検索を行う。この動作は予め設定されている誤差最大値を越えるまで何回か繰り返される（Ｓ１３）。
【００４５】
一方、算出された誤差のうち、最大のものから最小のものを引いた値が予め設定されている誤差基準値よりも小さければ、ずらし量は最大のものから最小のものを引いた値の半分とし、一回のみのサーチを行う。このように、穴のばらつき具合によってずらし量を変化させると、穴の検索が非常に効率的に行えるようになる（Ｓ１４，Ｓ１５）。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、設計位置データ記憶手段に記憶されている設計位置データに基づいて測定プローブを移動させる一方、当該設計位置に穴が存在しなかったときには演算手段によって演算された穴の位置ずれ距離と位置ずれ方向との傾向並びに前記設計位置データに基づいて前記測定プローブを移動させるようにしたので、最初の移動の時から測定プローブを穴の存在する確率の高い位置に持っていくことができるようになり、非常に効率的な測定が可能となる。  請求項２および請求項３に記載の発明によれば、設計位置データ記憶手段に記憶されている設計位置データに基づいて前記測定プローブを移動させる一方、当該設計位置に穴が存在しなかったときには前記演算手段によって演算された穴の位置ずれ距離と位置ずれ方向との傾向および前記検索動作データ記憶手段に記憶されている検索動作に関するデータに基づいて前記測定プローブを移動させるようにしたので、最初の移動の時から測定プローブを穴の存在する確率の高い位置に持っていくことができるようになり、また、最初の移動位置において穴の存在が認められなかった場合には、検索動作データ記憶手段に記憶されている検索動作に関するデータ、すなわち、演算手段によって演算された穴の位置ずれ距離を半径とする円の円周上の測定箇所とその測定方向に関するデータとすることによって効率的に穴の検索動作が行え、非常に効率的な測定ができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明にかかる加工穴の位置計測機の外観図である。
【図２】  測定プローブの概略構成図である。
【図３】  本発明にかかる加工穴の位置計測機の制御系を示すブロック図である。
【図４】  測定プローブの検索動作の説明図である。
【図５】  実測データの一例を示す図である。
【図６】  実測データの一例を示す図である。
【図７】  本発明にかかる加工穴の位置計測機の具体的な動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０…位置計測機、    １２…ボディー、
１４…測定プローブ、  １６，１８…アーム、
２０…トルクセンサ、  ２５…データベース、
３０…計測器制御部、  ３２…ずれ量算出部、
３４…ずれ方向算出部、
３６…実測値推移判断部。
【図１】
0003781137.tif 000002
【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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