JP5026756B2 - ワーク測定方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明はワーク測定方法及びその装置、特に倣いプローブによるポイント測定の精度改善に関する。

従来より、例えばワークの形状や位置等を測定するため、倣いプローブ（例えば、特許文献１参照）を用いて、ワーク上の点の座標値情報を検出している。
ところで、最近は、倣いプローブによるポイント測定が注目されている。従来のものは、ワーク測定面上の点を含む面を平面と仮定しており、最初にワーク測定面上の３点以上の測定を行い、これらの測定点を含む平面を求めている。そして、求められた平面の法線方向から倣いプローブをワーク測定面上に接触させ、測定を行っている。このようにして得られた測定点の測定値を求めることにより、ワーク測定面の形状や位置等を把握している。

特開平９−１７８４６３号公報（図１２）

ところで、前記従来方式にあっても、測定精度に関しては、より一層の改善が求められていたものの、従来は、これを解決することのできる適切な技術が存在しなかった。また従来は、その原因も未だ不明であった。
本発明は前記従来技術の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、倣いプローブによるポイント測定の精度向上を図ることのできるワーク測定方法及びその装置を提供することにある。

本発明者らが、倣いプローブによるポイント測定に関して鋭意検討した結果、測定精度を向上する際のボトルネックが、従来方式では倣いプローブをワーク測定面の法線方向からアプローチさせているつもりでも、実際は正確に法線方向からアプローチさせるのが困難な点にあることがわかった。本発明者らは、このような原因の解明に基づき、倣いプローブをワーク測定面上に接触させた際の１点の変位量情報に基づきワーク測定面へのアプローチ方向を修正していき、これを十分に修正した上で測定点の測定値を算出することにより、測定精度の向上が図られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、前記目的を達成するために本発明にかかるワーク測定方法は、倣いプローブと、移動手段と、座標値検出手段と、を備えたワーク測定装置を用いて、該倣いプローブによるポイント測定を行うワーク測定方法において、測定工程と、法線算出工程と、判定工程と、指示工程と、測定値算出工程と、を備えることを特徴とする。
ここで、前記倣いプローブは、プローブ本体が有する基準点を基準に相対変位可能なスタイラスの先端に測定子を持ち、該測定子がワーク測定面に接触した際に該基準点に対する該スタイラスの相対変位量情報を出力する。
また、前記移動手段は、前記倣いプローブによるポイント測定を行うため、前記ワークと倣いプローブとの相対移動を行う。
前記座標値検出手段は、前記ワークに対する倣いプローブの相対座標値情報を出力する。

前記測定工程は、ワーク測定面に対し前記倣いプローブを、予め設定されたアプローチ方向から接触させた際に、該倣いプローブからの相対変位量情報、及び前記座標値検出手段からの相対座標値情報を収集する。
前記法線算出工程は、前記測定工程で得られた相対変位量情報に基づき、前記ワーク測定面の法線方向を算出する。
前記判定工程は、前記法線算出工程で求められた法線方向と前記アプローチ方向との角度差が閾値よりも大の場合は前記アプローチ方向が不適切と判断し、該角度差が該閾値よりも小の場合はアプローチ方向が適切と判断する。
前記指示工程は、前記判定工程でアプローチ方向が不適切と判断された場合は前記角度差に基づき前記倣いプローブの前記ワーク測定面へのアプローチ方向が該ワーク測定面の法線方向となるように前記アプローチ方向の設定を修正し、該修正されたアプローチ方向の設定に基づき前記測定工程、前記法線算出工程及び前記判定工程の再実行を指示する。また、該指示工程は、該判定工程でアプローチ方向が適切と判断された場合は測定値の算出を指示する。
前記測定値算出工程は、前記判定工程でアプローチ方向が適切と判断された相対変位量情報及び相対座標値情報に基づき、測定点の測定値を求める。

なお、本発明においては、前記判定工程が、前記測定工程で得られた前記倣いプローブからの相対変位量情報に基づき、前記法線方向とアプローチ方向との角度差を推定することが好適である。
また、本発明においては、前記測定値算出工程が、前記測定点の測定値として前記測定子中心位置の座標値を求め、該測定子中心位置の座標値に対して、さらに、該アプローチ方向が適切と判断された際のアプローチ方向に、該測定子のサイズに応じたオフセット処理を行い、前記ワーク測定面と前記倣いプローブとの接触位置の座標値を求めることが好適である。

また、前記目的を達成するために本発明にかかるワーク測定装置は、倣いプローブと、移動手段と、座標値検出手段と、を備え、該倣いプローブによるポイント測定を行うワーク測定装置において、測定制御手段と、法線算出手段と、判定手段と、指示手段と、測定値算出手段と、を備えることを特徴とする。
ここで、前記倣いプローブは、プローブ本体が有する基準点を基準に相対変位可能なスタイラスの先端に測定子を持ち、該測定子をワークに接触させた際に該基準点に対するスタイラスの相対変位量情報を出力する。
また、前記移動手段は、前記倣いプローブによるポイント測定を行うため、前記ワークと倣いプローブとの相対移動を行う。
前記座標値検出手段は、前記ワークに対する倣いプローブの相対座標値情報を出力する。

前記測定制御手段は、前記ワーク測定装置の動作を制御し、前記ワーク測定面に対し倣いプローブを、予め設定されたアプローチ方向から接触させた際に、前記倣いプローブからの相対変位量情報、及び前記座標値検出手段からの相対座標値情報を収集させる。
前記法線算出手段は、前記測定で得られた相対変位量情報に基づき、前記ワーク測定面の法線方向を算出する。
前記判定手段は、前記法線算出手段で求められた法線方向と前記アプローチ方向との角度差が閾値よりも大の場合は前記倣いプローブのワーク測定面へのアプローチ方向が不適切と判断し、該角度差が該閾値よりも小の場合は該アプローチ方向が適切と判断する。
前記指示手段は、前記判定手段でアプローチ方向が不適切と判断された場合は前記角度差に基づき前記倣いプローブの前記ワーク測定面へのアプローチ方向が該ワーク測定面の法線方向となるように前記アプローチ方向の設定を修正し、該修正されたアプローチ方向の設定に基づき、前記測定制御手段による制御、前記法線算出手段による算出及び前記判定手段による判定の再実行を指示する。また、前記指示手段は、前記判定手段でアプローチ方向が適切と判断された場合は測定値の算出を指示する。
前記測定値算出手段は、前記判定手段でアプローチ方向が適切と判断された際の倣いプローブからの相対変位量情報、及び座標値検出手段からの相対座標値情報に基づき、測定点の測定値を求める。

ここにいうポイント測定とは、倣いプローブを用いたタッチ測定、つまりスタイラス先端の測定子をワーク測定面に接触させた際に、該ワーク測定面上の１点の座標値情報を収集することをいう。該座標値情報の収集のタイミングとしては、例えば倣いプローブに内蔵されたエンコーダからの変位量が閾値を超えた時点、あるいは倣いプローブが停止した時点が一例として挙げられる。

本発明にかかるワーク測定方法（装置）によれば、前記測定と、前記判定と、前記指示とを行うこととしたので、倣いプローブのワーク測定面へのアプローチ方向誤差を確実に低減することができるので、倣いプローブによるポイント測定の精度向上を図ることができる。
また、本発明においては、前記判定で得られた適切なアプローチ方向にオフセット処理を行うことにより、ワーク測定面と倣いプローブとの接触位置を正確に求めることができるので、前記測定精度の向上を、さらに図ることができる。

以下、図面に基づき本発明の好適な一実施形態について説明する。
図１には本発明の一実施形態にかかるワーク測定方法を行うためのワーク測定装置の概略構成が示されている。
同図に示すワーク測定装置１０は、例えば三次元測定機等よりなり、倣いプローブ１２と、移動手段１４と、座標値検出手段１６と、を備え、テーブル１８上に載置されたワーク測定面２０上のＸ・Ｙ・Ｚ座標値を、倣いプローブ１２でポイント測定する。
このために本実施形態においては、測定装置本体２２に本発明の測定工程を行わせるための測定制御手段２４と、本発明の法線算出工程を行うための法線算出手段２６と、本発明の判定工程を行うための判定手段２８と、本発明の指示工程を行うための指示手段３０と、本発明の測定値算出工程を行うための測定値算出手段３２とを備える。

ここで、倣いプローブ１２は、プローブ本体４０と、スタイラス４２と、エンコーダ４４と、を備える。プローブ本体４０は、移動手段１４によりＸ・Ｙ・Ｚ方向に移動自在とされる。スタイラス４２は、その先端に接触球（測定子）４６を持ち、プローブ本体４０の有する基準点４８を基準にＸ・Ｙ・Ｚ方向に相対変位自在に保持されている。エンコーダ４４は、接触球４６とワーク測定面２０とが接触した際に、基準点４８を基準にスタイラス４２の変位量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）を出力する。
移動手段１４は、倣いプローブ１４によるポイント測定を行うため、テーブル１８上のワーク測定面２０に対し倣いプローブ１２をＸ・Ｙ・Ｚ方向に移動自在とする。
座標値検出手段１６は、倣いプローブ１２の基準点４８のワーク測定面２０に対する座標値（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）を出力する。

測定制御手段２４は、測定装置本体２２に、倣いプローブ１２によるポイント測定を行わせる。すなわち、測定制御手段２４は、測定装置本体１０の動作を制御し、ワーク測定面２０に対し倣いプローブ１２を、設定値記憶手段５０の設定値に基づき決定されるアプローチ方向からアプローチさせる。そして、ワーク測定面２０に倣いプローブ１２の接触球４６が接触した際に、倣いプローブ１２に内蔵されたエンコーダ４４からの変位量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）、及び測定装置本体２２に内蔵の座標値検出手段１６からの座標値（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）を収集させる。
法線算出手段２６は、前記測定で得られた変位量（Δｘ，Δｙ、Δｚ）に基づき、ワーク測定面２０の法線方向を算出する。
判定手段２８は、法線算出手段２６で求められた法線方向と、設定値記憶手段５０の設定値に基づくアプローチ方向との角度差が閾値よりも大の場合はアプローチ方向が不適切と判断する。判定手段２８は、該角度差が該閾値よりも小の場合はアプローチ方向が適切と判断する。本実施形態においては、判定手段２８が、倣いプローブ１２からの変位量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）に含まれる各成分の二乗和平方根ＳＱＲＴ（Δｘ×Δｘ＋Δｙ×Δｙ＋Δｚ×Δｚ）に基づき、前記法線方向とアプローチ方向との角度差を推定している。本実施形態では、該二乗和平方根をE値といい、該E値と閾値とを比較している。

指示手段３０は、判定手段２８でアプローチ方向が不適切と判断された場合は、法線方向を得た際の変位量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）に基づき、倣いプローブ１２のワーク測定面２０へのアプローチ方向がワーク測定面２０の法線方向となるように、設定値記憶手段５０の設定値を修正し、該修正された設定値に基づき決定されるアプローチ方向で、測定制御手段２４による測定工程、法線算出手段２６による法線算出工程、及び判定手段２８による判定工程の再実行を指示する。また、指示手段３０は、判定手段２８でアプローチ方向が適切と判断された場合は測定値算出工程の実行を指示する。
測定値算出手段３２は、判定手段２８でアプローチ方向が適切と判断された際の変位量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）、及び座標値（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）に基づき、ワーク測定面２０に対する接触球４６の中心位置の座標値（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）を求める。さらに、測定値算出手段３２は、接触球４６の中心位置の座標値（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）に対して、アプローチ方向が適切と判断された際のアプローチ方向に、接触球４６の半径分のオフセット処理を行い、ワーク測定面２０と倣いプローブ１２との接触位置の座標値（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）を求めている。求められた座標値（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）から、必要とする穴径や穴位置・段差などの寸法が、コンピュータ５２によるデータ処理によって求められる。

なお、本実施形態においては、位置決め制御手段５４と、離脱制御手段５６と、姿勢偏光手段５８と、を備えている。
ここで、位置決め制御手段５４は、測定装置本体２２に、後述する位置決め工程を行わせるためのものとする。
また、離脱制御手段５６は、測定装置本体２２に、後述する離脱工程を行わせるためのものとする。
姿勢変更手段５８は、倣いプローブ１２のワーク測定面２０へのアプローチ方向が、ワーク測定面２０の法線方向となるように、倣いプローブ１２の姿勢を変更するためのものであり、設定値記憶手段５０に記憶されている設定値に基づき、倣いプローブ１２の姿勢を決定している。本実施形態において、設定値記憶手段５０に記憶されている設定値は、判定手段２８でアプローチ方向が不適切と判断されると、指示手段３０よりの指示で修正されており、移動手段１４ないし姿勢変更手段５８が、設定値記憶手段５０の設定値に基づき、倣いプローブ１２のアプローチ方向を設定している。

本実施形態にかかるワーク測定装置１０は概略以上のように構成され、以下にその作用について説明する。
本実施形態においては、倣いプローブをワーク測定面に接触させた際に１点から得られるスタイラス変位量に基づき、倣いプローブのワーク測定面へのアプローチ方向とワーク測定面の法線方向とのなす角度差を推定することができる。この角度差が所望の測定精度に基づき定められた閾値以下となるように前記各工程を繰り返すことで、ワーク測定面へのアプローチ方向が修正されていくので、アプローブ方向が十分に修正された上で測定点の測定値を算出することにより、高精度な測定値を得ることができる。
本実施形態においては、最初に決定されるアプローチ方向があまり正確でなくても、倣いプローブのアプローチ方向が自動に修正された上で、測定値の算出が行われるので、従来方式に比較し、極めて簡単に及び確実に、ワーク測定面の法線方向からのポイント測定を行うことができる。

すなわち、本実施形態においては、図２に示されるように位置決め工程（Ｓ１０）と、測定工程（Ｓ１２）と、離脱工程（Ｓ１４）と、法線算出工程（Ｓ１６）と、判定工程（Ｓ１８）と、指示工程（Ｓ２０）と、測定値算出工程（Ｓ２２）と、を備える。
すなわち、位置決め工程（Ｓ１０）では、予め設定されたアプローチ開始位置に倣いプローブの基準点が一致するように、移動手段により倣いプローブが移動され、移動手段ないし姿勢変更手段により、倣いプローブのアプローチ角度が設定される。
測定工程（Ｓ１２）では、倣いプローブの接触球をワーク測定面へ接触させてポイント測定する。すなわち、測定工程（Ｓ１２）では、ワーク測定面に対し倣いプローブをアプローチ開始位置から、予め設定されたアプローチ方向から接近させ、ワーク測定面に倣いプローブが接触した際に、倣いプローブからの変位量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）、及び座標値検出手段からの座標値（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）を収集する。接触球がワークと接触した時にエンコーダは、プローブ本体に対するスタイラスの変位量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）を出力する。
離脱工程（Ｓ１４）では、測定工程（Ｓ１２）の終了後、接触球がワーク測定面から離れ、アプローチ開始位置に倣いプローブの基準点が一致するように、倣いプローブを戻す。

法線算出工程（Ｓ１６）では、測定工程（Ｓ１２）で得られた変位量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）に基づき、ワーク測定面の法線方向を算出する。
判定工程（Ｓ１８）では、法線算出工程（Ｓ１６）で求められた法線方向と、測定工程（Ｓ１２）でのアプローチ方向との角度差、つまり該変位量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）に基づくＥ値が閾値よりも大の場合は、測定工程（Ｓ１２）でのアプローチ方向が不適切と判断する。また、判定工程（Ｓ１８）では、該変位量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）に基づくＥ値が該閾値よりも小の場合は、測定工程（Ｓ１２）でのアプローチ方向が適切と判断する。この結果、倣いプローブによるポイント測定時、倣いプローブに内蔵されたエンコーダからの変位量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）に基づき、ワーク測定面の法線方向、ないし該ワーク測定面と接触球との滑りの有無を把握することができる。

指示工程（Ｓ２０）では、判定工程（Ｓ１８）でアプローチ方向が不適切と判断された場合は該法線方向の算出に用いた変位量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）に基づき、倣いプローブのワーク測定面へのアプローチ方向がワーク測定面の法線方向となるように、設定値記憶手段の設定値を修正し、修正された設定値に基づきアプローチ方向の設定を修正した上で、このワーク測定面に対する位置決め工程（Ｓ１０）、測定工程（Ｓ１２）、離脱工程（Ｓ１４）、法線算出工程（Ｓ１６）及び判定工程（Ｓ１８）の再実行を指示する。この結果、本実施形態のワーク測定装置１０は、判定手段（Ｓ１８）でアプローチ方向が適切と判断されるまで、このワーク測定面に対するに対する各工程を繰り返す。また、指示工程（Ｓ２０）では、判定工程（Ｓ１８）でアプローチ方向が適切と判断された場合は、後段の測定値算出工程（Ｓ２２）の実行を指示する。

測定値算出工程（Ｓ２２）では、判定工程（Ｓ１８）でアプローチ方向が適切と判断された変位量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）及び座標値（ｘ_１，ｙ_１，ｚ_１）に基づき、接触球の中心位置の座標値（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）を求める。測定値算出工程（Ｓ２２）では、さらに、接触球の中心位置の座標値（ｘ_２，ｙ_２，ｚ_２）に、適切なアプローチ方向に接触球半径分のオフセット処理を行い、ワーク測定面と倣いプローブとの接触位置の座標値（ｘ_３，ｙ_３，ｚ_３）を求めることができる。

このように本実施形態によれば、倣いプローブのポイント測定機能を使用して、接触球をワーク測定面へ接触させてポイント測定した後に倣いプローブからの変位量を閾値と比較し、該変位量が閾値を超えた場合には該変位量に基づき倣いプローブのアプローチ方向の設定を修正し再度、ワーク測定面のポイント測定を行っている。
この結果、本実施形態においては、最初に決定されるアプローチ方向があまり正確でなくても、倣いプローブのアプローチ方向が自動に修正されるので、従来方式に比較し、極めて簡単に及び確実に、ワーク測定面の法線方向からのポイント測定を行うことができる。

ところで、従来においても、倣いプローブによるポイント測定が考えられるが、以下の問題点が明らかになった。
（１）アプローチ方向
すなわち、従来方式では、ワーク測定面の位置ないし傾斜等が不明なため、おおよその見当で３点測定せざるを得ないので、倣いプローブをワーク測定面の法線方向に正確にアプローチさせることが困難である。
（２）法線方向
従来方式では、３点測定で決定される仮想上のワーク測定面と、実際にポイント測定しようとするワーク測定面とでは、法線方向が異なる場合がある。
（３）オフセット処理
従来方式では、アプローチ方向と実際のワーク測定面の法線方向とが異なる場合があるので、ワーク測定面と倣いプローブとの接触位置を求めるため、接触球中心位置の座標位置から接触球半径分のオフセット処理を行う際に、オフセット処理方向にも誤差が生じてしまうので、正確な接触位置も求まらない。
（４）すべり
従来方式では、ポイント測定時に接触球の滑りが生じることがあり、これによりポイント測定したい位置（例えばＸＹ位置）と実際に測定した位置との間にずれを生じるので、本来ポイント測定したい位置における高さ（例えばＺ位置）を正確に求めることができない。

これに対し、本実施形態においては、前記問題点を確実に解決することができる。
（１）アプローチ方向
すなわち、本実施形態においては、最初に決定されるアプローチ方向があまり正確でなくても、前記各工程を繰り返すことで、倣いプローブのアプローチ方向が自動に修正されるので、倣いプローブをワーク測定面の法線方向に、より正確にアプローチさせることが容易となる。
（２）法線方向
本実施形態においては、ワーク測定面の法線方向を推定するのに、ワーク測定面に接触球が接触した際の、１点に関するスタイラス変位量を用いているので、従来方式、つまり３点測定で決定される仮想上のワーク測定面から法線方向を求めるものに比較し、実際にポイント測定しようとするワーク測定面の法線方向を正確に把握することができる。
（３）オフセット処理
本実施形態においては、前述のように最初に決定されるアプローチ方向があまり正確でなくても、前記各工程を繰り返すことで、倣いプローブのアプローチ方向が自動に修正されるので、アプローチ方向と実際のワーク測定面の法線方向とを、より正確に一致させることができる。このため、オフセット処理の方向も正確に決定することができるので、ワーク測定面と倣いプローブとの接触位置を、より正確に求めることができる。
（４）すべり
本実施形態においては、前述のように最初に決定されるアプローチ方向があまり正確でなくても、前記各工程を繰り返すことで、倣いプローブのアプローチ方向が法線方向に自動に修正されるので、ワーク測定面に対し、より正確な法線方向から接触球を接触させることができる。これにより、ポイント測定時に接触球の滑りも確実に低減することができるので、ポイント測定したい位置における高さ（例えばＺ位置）も正確に求めることができる。
さらに、従来方式では、ワーク測定面を平面として扱うので、ワーク測定面が実際に平面でないものは、正確に測定することが困難であったのに対し、本実施形態は、ワーク測定面に接触球が接触した際の１点に関するスタイラス変位量を用いているので、実際のワーク測定面が平面以外であっても、正確に測定することができる。

以下に、本実施形態を用いて、ＸＹ平面に略平行なのワーク測定面のＺ方向の高さを測定する場合について、図３を参照しつつ説明する。
同図では、ワーク測定面がＸＹ平面に略平行なものを想定しているので、ワーク測定面２０の法線方向６６はＺ方向に決定される。
まず、同図（Ａ）に示されるような位置決め工程（Ｓ１０）では、アプローチ開始位置の初期値（設定値）６０に基準点４８が一致するように、倣いプローブ１２を位置決めする。そして、同図（Ｂ）に示されるように、ワーク測定面２０に対し倣いプローブ１２をＺ方向からアプローチさせると、同図（Ｃ）に示されるようにワーク測定面２０に倣いプローブ１２の接触球４６が接触する。その時、接触球４６はワーク測定面２０の段差により同図（Ｃ）に示されるようなすべりを生じ、接触位置６２で停止するが、これは、倣いプローブ１２からの変位量（Δｘ，Δｙ）を収集することにより把握することができる。同図では、接触球４６の変位量（Δｘ，Δｙ）に基づくＥ値、つまりＳＱＲＴ（Δｘ×Δｘ＋Δｙ×Δｙ）を算出しており、これによりアプローチ方向６４とＺ方向（法線方向６６）との角度差を把握することができる。

ここで、Ｅ値が閾値０．０１ｍｍ以上の場合は、同図（Ｄ）に示されるような離脱及び位置決めを行う。つまり同図では、同図（Ｃ）でのワーク測定面２０から同図（Ａ）でのアプローチ開始位置６０まで倣いプローブ１２を戻した後に、移動手段によりアプローチ開始位置６０を変位量（Δｘ，Δｙ）だけ修正している。これを設定値６０´とする。これにより同図では、移動手段を用いて、倣いプローブ１２のワーク測定面２０へのアプローチ方向６４が、ワーク測定面２０のＺ方向となるように、倣いプローブ１２の姿勢を修正することができる。例えば接触球３５とワーク測定面２０とのアプローチ距離が５ｍｍの場合、閾値０．０１ｍｍとすると、アプローチ方向６４とＺ方向との角度差θ＝ｔａｎ^−１（０．０１／５）＝０．１１°となる。アプローチ方向の修正後、同図（Ｅ）に示されるようなポイント測定の再実行を指示する。同図（Ｅ）では、同図（Ｃ）に示されるような接触球４６のすべりを生じることなく、アプローチ方向６４が正確にＺ方向に一致している。このような状態ではＥ値が閾値０．０１ｍｍ未満となるので、ポイント測定を終了し、測定値の算出を行う。
本実施形態によれば、同図に示されるようなワーク測定面のポイント測定においても、倣いプローブをワーク測定面に接触させた際の１点に関するスタイラス変位量に基づき、アプローチ方向と法線方向であるＺ方向との角度差を推定し、この角度差が閾値以下となるように各工程を繰り返すので、確実に法線方向からのポイント測定を行うことができる。

なお、前記構成では、ワーク測定面がＸＹ平面に略一致しているものを想定し、Ｚ方向の高さポイント測定を行った例について説明したが、本発明はこれに限定されず、アプローチ方向が任意方向、たとえば図４に示される方向であっても適用することが好ましい。
同図に示されるようなワーク測定面では、まず最初のアプローチ方向を、例えばＣＡＤデータ等から求めることができるので、ワーク測定面に対して略法線方向とすることができる。そして、１回目のポイント測定の終了後は、ポイント測定時に得られた倣いプローブからの変位量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）に基づき、ワーク測定面の法線方向ないし接触球の滑りの有無を把握することができる。求められた法線方向とアプローチ方向との角度差から、アプローチ方向を修正し、再度ポイント測定を行うことにより、正確に法線方向からのポイント測定を行うことができる。この２回目のポイント測定においても角度差がある場合は、さらに修正、ポイント測定を繰り返す。

すなわち、同図（Ａ）に示されるように、ワーク測定面２０に対し倣いプローブ１２を最初のアプローチ方向６４からアプローチさせる。同図（Ｂ）に示されるように、ワーク測定面２０に倣いプローブ１２が接触した際に、接触球４６とワーク測定面２０との間にすべりが生じても、倣いプローブ１２からの変位量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）に基づき、法線方向６６を求めることができる。法線方向６６としては、例えばＸＺ平面内角度θ_ｘｚ＝ｔａｎ^−１（Δｚ／Δｘ）、ＸＹ平面内角度θ_ｘｙ＝ｔａｎ^−１（Δｙ／Δｘ）から求められる。求められた法線方向６６と同図（Ｂ）でのアプローチ方向６４との角度差が閾値よりも大の場合は、変位量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）に基づき、ワーク測定面２０へのアプローチ方向６４が、同図（Ｃ）に示されるような法線方向６６となるように、姿勢変更手段により倣いプローブ１２の姿勢を修正する。姿勢変更手段による倣いプローブ１２の姿勢の修正後、同図（Ｄ）に示されるようなポイント測定の再実行を指示する。同図（Ｄ）では、アプローチ方向６４が法線方向６６に一致しているので、同図（Ｂ）での接触球４６のすべりを発生することなく、ポイント測定を行うことができる。
本実施形態によれば、同図に示されるようなワーク測定面の測定においても、倣いプローブをワーク測定面に接触させた際の１点から得られるスタイラス変位量に基づき、アプローチ方向と法線方向とのなす角度差を推定し、この角度差が閾値以下となるように各工程を繰り返すので、確実に法線方向からのポイント測定を行うことができる。
なお、アプローチ方向の修正の際には限界値を設けることも好ましく、これにより、必要以上の修正、及び測定を行わないようにすることもできる。

以上、本実施形態においては、倣いプローブによるポイント測定を、より確実にワーク測定面の法線方向からアプローチして行うことができるので、高精度化が図られる。
また、本実施形態においては、接触球の中心位置の座標値に対して、適切なアプローチ方向に接触球半径分のオフセット処理を行うことにより、ワーク測定面と接触球との接触位置を高精度に算出することもできる。
さらに、本実施形態においては、ワーク測定面が例えば球のような曲面であっても、倣いプローブを正確に球の中心方向に向けてアプローチさせることができるので、測定を正確に行うことができる。

本発明の一実施形態にかかるワーク測定装置の概略構成の説明図である。 本発明の一実施形態にかかるワーク測定方法の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態にかかるワーク測定方法の作用の説明図である。 前記図３に示したものとは異なるワーク測定面に本発明の一実施形態にかかるワーク測定方法を適用した場合の説明図である。

符号の説明

１０ ワーク測定装置
１２ 倣いプローブ
１４ 移動手段
１６ 相対座標値検出手段
２４ 測定制御手段
２６ 法線算出手段
２８ 判定手段
３０ 指示手段
３２ 測定値算出手段
５８ 姿勢変更手段

Claims (4)

1. プローブ本体の有する基準点を基準に相対変位可能なスタイラスの先端に測定子を持ち、該測定子とワーク測定面とが接触した際に該基準点に対する該スタイラスの相対変位量情報を出力する倣いプローブと、該倣いプローブによるポイント測定を行うため、該ワークと倣いプローブとの相対移動を行う移動手段と、該ワークに対する倣いプローブの相対座標値情報を出力する座標値検出手段と、を備えたワーク測定装置を用いて、該倣いプローブによるポイント測定を行うワーク測定方法において、
   ワーク測定面に対し前記倣いプローブを、予め設定されたアプローチ方向から接触させた際に、該倣いプローブからの相対変位量情報、及び該座標値検出手段からの相対座標値情報を収集する測定工程と、
   前記測定工程で得られた相対変位量情報に基づき前記ワーク測定面の法線方向を算出する法線算出工程と、
   前記法線算出工程で求められた法線方向と前記アプローチ方向との角度差が閾値よりも大の場合は前記アプローチ方向が不適切と判断し、該角度差が該閾値よりも小の場合は該アプローチ方向が適切と判断する判定工程と、
   前記判定工程でアプローチ方向が不適切と判断された場合は前記角度差に基づき、前記倣いプローブのワーク測定面へのアプローチ方向が該ワーク測定面の法線方向となるように前記アプローチ方向の設定を修正し、該修正されたアプローチ方向の設定に基づき前記測定工程、前記法線算出工程及び前記判定工程の再実行を指示し、また、該判定工程でアプローチ方向が適切と判断された場合は測定値の算出を指示する指示工程と、
   前記判定工程でアプローチ方向が適切と判断された際の相対変位量情報及び相対座標値情報に基づき、測定点の測定値を求める測定値算出工程と、
   を備えたことを特徴とするワーク測定方法。
2. 請求項１記載のワーク測定方法において、
   前記判定工程は、前記測定工程で得られた倣いプローブからの相対変位量情報に基づき、前記法線方向とアプローチ方向との角度差を推定することを特徴とするワーク測定方法。
3. 請求項１又は２記載のワーク測定方法において、
   前記測定値算出工程は、前記測定点の測定値として前記測定子中心位置の座標値を求め、該測定子中心位置の座標値に対し、さらに、前記アプローチ方向が適切と判断された際のアプローチ方向に、該測定子のサイズに応じたオフセット処理を行い、前記ワーク測定面と前記倣いプローブとの接触位置の座標値を求めることを特徴とするワーク測定方法。
4. プローブ本体の基準点を基準に相対変位可能なスタイラスの先端に測定子を持ち、該測定子がワーク測定面に接触した際に該基準点に対する該スタイラスの相対変位量情報を出力する倣いプローブと、該倣いプローブによるポイント測定を行うため、該ワークと倣いプローブとの相対移動を行う移動手段と、該ワークに対する倣いプローブの相対座標値情報を出力する座標値検出手段と、を備え、該倣いプローブによるポイント測定を行うワーク測定装置において、
   前記ワーク測定装置の動作を制御し、ワーク測定面に対し倣いプローブを、予め設定されたアプローチ方向から接触させた際に、該倣いプローブからの相対変位量情報、及び前記座標値検出手段からの相対座標値情報を収集させる測定制御手段と、
   前記測定で得られた相対変位量情報に基づき、前記ワーク測定面の法線方向を算出する法線算出手段と、
   前記法線算出手段で求められた法線方向と前記設定値に基づくアプローチ方向との角度差が閾値よりも大の場合は前記アプローチ方向が不適切と判断し、該角度差が該閾値よりも小の場合は前記アプローチ方向が適切と判断する判定手段と、
   前記判定手段でアプローチ方向が不適切と判断された場合は前記角度差に基づき前記倣いプローブの前記ワーク測定面へのアプローチ方向が法線方向となるように前記アプローチ方向の設定を修正し、該修正されたアプローチ方向の設定に基づき前記測定制御手段による制御、前記法線算出手段による法線算出及び前記判定手段による判定の再実行を指示し、また、該判定手段でアプローチ方向が適切と判断された場合は測定値の算出を指示する指示手段と、
   前記判定手段でアプローチ方向が適切と判断された際の相対変位量情報及び相対座標値情報に基づき、測定点の測定値を求める測定値算出手段と、
   を備えたことを特徴とするワーク測定装置。

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