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JP7458579B2 - A three-dimensional measuring machine and a measuring method using a three-dimensional measuring machine, - Google Patents

A three-dimensional measuring machine and a measuring method using a three-dimensional measuring machine, Download PDF

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JP7458579B2
JP7458579B2 JP2020060474A JP2020060474A JP7458579B2 JP 7458579 B2 JP7458579 B2 JP 7458579B2 JP 2020060474 A JP2020060474 A JP 2020060474A JP 2020060474 A JP2020060474 A JP 2020060474A JP 7458579 B2 JP7458579 B2 JP 7458579B2
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Description

本発明は三次元測定機及び三次元測定機の測定方法に関し、特に、操作者による測定精度のばらつきを減らし、また誤操作を防止できる技術に関する。 The present invention relates to a three-dimensional measuring machine and a measuring method using the three-dimensional measuring machine, and particularly relates to a technique that can reduce variations in measurement accuracy among operators and prevent erroneous operations.

ジョイスティック等の操作部材を用いて、被測定物を手動で測定する三次元測定機が知られている。例えば、特許文献1には、ジョイスティックの操作によりプローブを移動させて、ワークを測定する三次元測定機が記載されている。 2. Description of the Related Art Coordinate measuring machines are known that manually measure objects to be measured using an operating member such as a joystick. For example, Patent Document 1 describes a three-dimensional measuring machine that measures a workpiece by moving a probe by operating a joystick.

特開平7-113628号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-113628

被測定物の傾斜している測定面(以下、傾斜面とも称する)をプロービングする際は、複数の軸を同時に動かしてプローブを斜めに移動させる操作(以下、斜め移動とも称する)が必要となる。 When probing an inclined measurement surface (hereafter also referred to as an inclined surface) of an object to be measured, it is necessary to move the probe diagonally by moving multiple axes simultaneously (hereafter also referred to as diagonal movement).

しかしながら、操作盤のジョイスティック操作では、法線方向からずれる場合や、一定速度を保てない場合が生じる。このような場合、測定精度のばらつきの要因になる。また、斜め移動には慣れが必要であり、経験の浅い操作者が誤操作で、プローブを衝突させる懸念がある。 However, when operating the joystick on the operation panel, there are cases where the object deviates from the normal direction or where a constant speed cannot be maintained. In such a case, it becomes a cause of variation in measurement accuracy. Further, diagonal movement requires some getting used to, and there is a risk that an inexperienced operator may accidentally collide the probe with the probe.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、傾斜面に対して法線方向から一定速度で、のプローピングを可能とし、測定精度のばらつきを低減でき、また誤操作を防止できる三次元測定機及び三次元測定機の測定方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these circumstances, and is a three-dimensional probe that enables probing from the normal direction to an inclined surface at a constant speed, reduces variations in measurement accuracy, and prevents erroneous operation. The purpose is to provide a measuring machine and a measuring method using a three-dimensional measuring machine.

第1態様の三次元測定機は、位置及び姿勢を変位自在でプローブにより被測定物に形成された複数の測定要素を測定する三次元測定機において、少なくとも1つの測定要素を含む傾斜面の法線ベクトルを算出する法線ベクトル算出部と、法線ベクトル算出部の算出結果に基づき傾斜面に接触させるプローブの方位角θ及び仰角φと、プローブの移動速度とを決定する条件決定部と、条件決定部により決定された方位角θ、仰角φ及び移動速度に基づいて、移動速度のX成分速度、Y成分速度、及びZ成分速度を算出する成分速度算出部と、X成分速度、Y成分速度、及びZ成分速度に基づいてプローブを駆動するための駆動信号を生成する信号生成部と、駆動信号をプローブの駆動部に入力するための操作部と、を備える。 The three-dimensional measuring machine of the first aspect is a three-dimensional measuring machine whose position and orientation are freely displaceable and which measures a plurality of measuring elements formed on an object to be measured by a probe. a normal vector calculation unit that calculates a line vector; a condition determination unit that determines the azimuth angle θ and elevation angle φ of the probe to be brought into contact with the inclined surface and the moving speed of the probe based on the calculation results of the normal vector calculation unit; a component speed calculation unit that calculates an X component speed, a Y component speed, and a Z component speed of the movement speed based on the azimuth angle θ, the elevation angle φ, and the movement speed determined by the condition determination unit; The probe includes a signal generation section that generates a drive signal for driving the probe based on the velocity and the Z component velocity, and an operation section that inputs the drive signal to the drive section of the probe.

第2態様の三次元測定機において、法線ベクトル算出部は、プローブにより傾斜面の少なくとも3点の座標を測定し、3点の座標から法線ベクトルを算出することを含む。 In the coordinate measuring machine of the second aspect, the normal vector calculation unit includes measuring the coordinates of at least three points on the inclined surface with a probe and calculating the normal vector from the coordinates of the three points.

第3態様の三次元測定機において、法線ベクトル算出部は、入力部から入力された、測定用方位角θ及び測定用仰角φと、及び測定用移動速度に基づいて、測定用移動速度の測定用X成分速度、測定用Y成分速度、及び測定用Z成分速度を算出し、測定用X成分速度、測定用Y成分速度、及び測定用Z成分速度に基づいて生成された測定用駆動信号によりプローブを駆動し、3点の座標を測定することを含む。 In the coordinate measuring machine according to the third aspect, the normal vector calculation unit calculates the measurement moving speed based on the measurement azimuth θ, the measurement elevation angle φ, and the measurement movement speed input from the input unit. Calculate the measurement X component speed, measurement Y component speed, and measurement Z component speed, and generate a measurement drive signal based on the measurement X component speed, measurement Y component speed, and measurement Z component speed. This includes driving the probe with the 3D coordinates and measuring the coordinates of the three points.

第4態様の三次元測定機において、条件決定部は、法線ベクトル算出部の算出結果に基づく傾斜面に接触させるプローブの方位角θ及び仰角φと、プローブの移動速度とを、入力部から入力させて決定することを含む。 In the coordinate measuring machine according to the fourth aspect, the condition determining unit inputs, from the input unit, the azimuth angle θ and the elevation angle φ of the probe to be brought into contact with the inclined surface based on the calculation result of the normal vector calculation unit, and the moving speed of the probe. This includes inputting information and making a decision.

第5態様の三次元測定機において、操作部は、オンオフを切り替えるスイッチである。 In the coordinate measuring machine of the fifth aspect, the operation section is a switch that turns on and off.

第6態様の三次元測定機の測定方法は、位置及び姿勢を変位自在なプローブにより被測定物に形成された複数の測定要素を測定する三次元測定機の測定方法において、少なくとも1つの測定要素を含む傾斜面の法線ベクトルを算出する法線ベクトル算出ステップと、法線ベクトル算出ステップの算出結果に基づき傾斜面に接触させるプローブの方位角θ及び仰角φと、プローブの移動速度とを決定する条件決定ステップと、条件決定ステップにより決定された方位角θ、仰角φ及び移動速度に基づいて、移動速度のX成分速度、Y成分速度、及びZ成分速度を算出する成分速度算出ステップと、X成分速度、Y成分速度、及びZ成分速度に基づいてプローブを駆動するための駆動信号を生成する信号生成ステップと、駆動信号をプローブの駆動部に入力するための操作ステップと、を備える。 A measuring method of a coordinate measuring machine according to a sixth aspect is a measuring method of a coordinate measuring machine that measures a plurality of measuring elements formed on a workpiece with a probe whose position and orientation are freely displaceable. A normal vector calculation step for calculating the normal vector of the slope including the normal vector calculation step, and determining the azimuth angle θ and elevation angle φ of the probe to be brought into contact with the slope surface, and the moving speed of the probe based on the calculation results of the normal vector calculation step. a component speed calculation step of calculating an X component speed, a Y component speed, and a Z component speed of the moving speed based on the azimuth angle θ, the elevation angle φ, and the moving speed determined in the condition determining step; The method includes a signal generation step of generating a drive signal for driving the probe based on the X-component speed, Y-component speed, and Z-component speed, and an operation step of inputting the drive signal to the drive section of the probe.

第7態様の三次元測定機の測定方法において、法線ベクトル検出ステップは、プローブにより傾斜面の少なくとも3点の座標を測定し、3点の座標から法線ベクトルを算出することを含む。 In the measuring method using a coordinate measuring machine according to the seventh aspect, the normal vector detection step includes measuring the coordinates of at least three points on the inclined surface using a probe, and calculating the normal vector from the coordinates of the three points.

本発明によれば、傾斜面に対して法線方向から一定速度でのプローピングを可能とし、測定精度のばらつきを低減でき、また誤操作を防止できる。 According to the present invention, probing can be performed at a constant speed from the normal direction to an inclined surface, and variations in measurement accuracy can be reduced, and erroneous operations can be prevented.

図1は三次元測定機外観斜視図である。FIG. 1 is an external perspective view of the coordinate measuring machine. 図2はプローブヘッドの第1回転軸の周りの回転動作を示すプローブヘッドの拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of the probe head showing rotational movement of the probe head around a first rotation axis. 図3はプローブヘッドの第2回転軸の周りの回転動作を示すプローブヘッドの拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of the probe head showing the rotational movement of the probe head around the second rotation axis. 図4はコンピュータの機能ブロック図である。FIG. 4 is a functional block diagram of the computer. 図5はワークの一例を示す概念図である。FIG. 5 is a conceptual diagram showing an example of a workpiece. 図6は三次元測定機の測定処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 6 is a flowchart showing the flow of measurement processing by the three-dimensional measuring machine. 図7は図6中のステップS4の傾斜面処理の流れを示すフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart showing the flow of the slope surface processing in step S4 in FIG. 図8は法線ベクトルを算出する処理を説明するための図である。FIG. 8 is a diagram for explaining the process of calculating a normal vector. 図9は法線ベクトルを算出する処理を説明するための図である。FIG. 9 is a diagram for explaining the process of calculating a normal vector. 図10は法線ベクトルを算出する処理を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the process of calculating a normal vector. 図11は法線ベクトルを算出する処理を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining the process of calculating a normal vector. 図12は法線ベクトルの方向を判別する処理を説明するための図である。FIG. 12 is a diagram for explaining the process of determining the direction of a normal vector. 図13は法線ベクトルの方向を判別する処理を説明するための図である。FIG. 13 is a diagram for explaining the process of determining the direction of a normal vector. 図14は方位角θ、及び仰角φを算出する処理を説明するための図である。FIG. 14 is a diagram for explaining the process of calculating the azimuth angle θ and the elevation angle φ. 図15は表示部に表示される画面の一例を説明するための図である。FIG. 15 is a diagram for explaining an example of a screen displayed on the display unit.

[三次元測定機の全体構成]
図1は、三次元測定機(CMM:Coordinate Measuring Machine)10の外観斜視図である。三次元測定機10は、プローブ24Aの位置及び姿勢を変位させながら被測定物であるワークW(不図示)の測定位置における座標値(X軸方向の座標値、Y軸方向の座標値、及びZ軸方向の座標値)を測定する測定機であり、座標測定機又は三次元座標測定機とも称される。なお、図1中のX軸、Y軸、及びZ軸は、三次元測定機10に固有の機械座標原点に基づいて定められる座標系である機械座標系である。
[Overall configuration of three-dimensional measuring machine]
FIG. 1 is an external perspective view of a coordinate measuring machine (CMM) 10. As shown in FIG. The three-dimensional measuring machine 10 displaces the position and orientation of the probe 24A while measuring the coordinate values (coordinate values in the X-axis direction, coordinate values in the Y-axis direction, and It is a measuring machine that measures coordinate values in the Z-axis direction, and is also called a coordinate measuring machine or a three-dimensional coordinate measuring machine. Note that the X-axis, Y-axis, and Z-axis in FIG. 1 are a mechanical coordinate system that is a coordinate system determined based on a mechanical coordinate origin specific to the three-dimensional measuring machine 10.

図1に示すように、三次元測定機10は、架台12と、架台12上に設けられたテーブル14(定盤)と、テーブル14の両端部に立設された右Yキャリッジ16R及び左Yキャリッジ16Lと、右Yキャリッジ16R及び左Yキャリッジ16Lの上部を連結するXガイド18と、を備える。右Yキャリッジ16Rと左Yキャリッジ16LとXガイド18とにより門型フレーム26が構成される。 As shown in FIG. 1, the coordinate measuring machine 10 includes a pedestal 12, a table 14 (surface plate) provided on the pedestal 12, a right Y carriage 16R and a left Y carriage 16R erected at both ends of the table 14. It includes a carriage 16L and an X guide 18 that connects the upper parts of the right Y carriage 16R and the left Y carriage 16L. A gate-shaped frame 26 is constituted by the right Y-carriage 16R, the left Y-carriage 16L, and the X guide 18.

テーブル14の両端部の上面と側面には、Y軸方向に沿って右Yキャリッジ16R及び左Yキャリッジ16Lが摺動する摺動面が形成されている。また、右Yキャリッジ16R及び左Yキャリッジ16Lには、テーブル14の摺動面に対向する位置にエアベアリング(図示は省略)が設けられている。これにより、右Yキャリッジ16R及び左Yキャリッジ16Lは、Xガイド18と共にY軸方向に移動自在になっている。 Sliding surfaces on which the right Y-carriage 16R and the left Y-carriage 16L slide along the Y-axis direction are formed on the top and side surfaces of both ends of the table 14. Furthermore, air bearings (not shown) are provided on the right Y-carriage 16R and the left Y-carriage 16L at positions facing the sliding surface of the table 14. Thereby, the right Y-carriage 16R and the left Y-carriage 16L are movable in the Y-axis direction together with the X guide 18.

Xガイド18には、Xキャリッジ20が取り付けられている。このXガイド18には、Xキャリッジ20が摺動する摺動面がX軸方向に沿って形成されている。また、Xキャリッジ20には、Xガイド18の摺動面に対向する位置にエアベアリング(図示は省略)が設けられている。これにより、Xキャリッジ20はX軸方向に移動自在になっている。 The X-carriage 20 is attached to the X-guide 18. A sliding surface along the X-axis direction is formed on this X-guide 18, along which the X-carriage 20 slides. In addition, an air bearing (not shown) is provided on the X-carriage 20 at a position opposite the sliding surface of the X-guide 18. This allows the X-carriage 20 to move freely in the X-axis direction.

Xキャリッジ20には、Zキャリッジ(Zスピンドルともいう)22が取り付けられている。また、Xキャリッジ20には、Zキャリッジ22をZ軸方向に案内するZ軸方向案内用のエアベアリング(図示せず)が設けられている。これにより、Zキャリッジ22は、Xキャリッジ20によってZ軸方向に移動可能に保持されている。 A Z carriage (also referred to as a Z spindle) 22 is attached to the X carriage 20. Further, the X carriage 20 is provided with an air bearing (not shown) for guiding the Z carriage 22 in the Z axis direction. Thereby, the Z carriage 22 is held movably in the Z-axis direction by the X carriage 20.

Zキャリッジ22の下端には、プローブヘッド24が取り付けられている。プローブヘッド24は、例えば無段階位置決め機構を備えた5軸同時制御プローブヘッドである。 A probe head 24 is attached to the lower end of the Z carriage 22. The probe head 24 is, for example, a five-axis simultaneous control probe head equipped with a stepless positioning mechanism.

図2はプローブヘッド24の第1回転軸Aの周りの回転動作を示すプローブヘッド24の拡大図である。プローブ24Aは、第1回転軸Aに対して、垂直角からマイナスθの範囲、及び垂直角からプラスθの範囲で、無段階に移動させることが可能である。プローブ24Aはスタイラス24B及び接触子24Cを備えている。 FIG. 2 is an enlarged view of the probe head 24 showing the rotational movement of the probe head 24 around the first rotation axis A. The probe 24A can be moved steplessly with respect to the first rotation axis A within a range of minus θ from the vertical angle and a range of plus θ from the vertical angle. The probe 24A includes a stylus 24B and a contact 24C.

例えば、接触子24Cの位置が最下点の位置をプローブ24Aが0度の位置とした場合、プローブヘッド24は、第1回転軸Aを中心として、マイナス115度以上、プラス115度以下の範囲で回転移動が可能である。 For example, if the lowest point of the contactor 24C is the 0 degree position of the probe 24A, the probe head 24 will move in a range of -115 degrees or more and plus 115 degrees or less about the first rotation axis A. Rotational movement is possible.

図3はプローブヘッド24の第2回転軸Bの周りの回転動作を示すプローブヘッドの拡大図である。 FIG. 3 is an enlarged view of the probe head 24 showing the rotational movement of the probe head 24 around the second rotation axis B. As shown in FIG.

プローブ24Aは、第2回転軸Bに対して、水平角からマイナスφの範囲、及び水平角からプラスφの範囲で、無段階に移動させることが可能である。例えば、プローブヘッド24は、第2回転軸Bを中心として、マイナス180度以上、プラス180度以下の範囲で回転移動が可能である。 The probe 24A can be moved steplessly with respect to the second rotation axis B in a range of minus φ from the horizontal angle and a range of plus φ from the horizontal angle. For example, the probe head 24 can rotate around the second rotation axis B within a range of -180 degrees or more and plus 180 degrees or less.

プローブヘッド24には、プローブ24Aを互いに直交する2つの第1回転軸A及び第2回転軸Bの軸周りに回転させるモーターなどの第1駆動部35(図4参照)が設けられている。これにより、プローブ24Aの第1回転軸Aの軸周りの回転角θと、プローブ24Aの第2回転軸Bの軸周りの回転角φとをそれぞれ無段階に調整することができ、その結果、プローブ24A(スタイラス24B)の姿勢を任意に変位(回転)させることができる。 The probe head 24 is provided with a first drive section 35 (see FIG. 4) such as a motor that rotates the probe 24A around two axes, a first rotation axis A and a second rotation axis B, which are orthogonal to each other. As a result, the rotation angle θ around the first rotation axis A of the probe 24A and the rotation angle φ around the second rotation axis B of the probe 24A can be adjusted steplessly, and as a result, The attitude of the probe 24A (stylus 24B) can be arbitrarily displaced (rotated).

図1に戻って、三次元測定機10には、図示は省略するが門型フレーム26をY軸方向に移動させるY軸駆動部と、Xキャリッジ20をX軸方向に移動させるX軸駆動部と、Zキャリッジ22をZ軸方向に移動させるZ軸駆動部と、を含む第2駆動部36(図4参照)が設けられている。これにより、プローブヘッド24及びプローブ24Aを、互いに直交する3軸方向(XYZ方向)に移動させることができる。これら第1駆動部35及び第2駆動部36によりプローブ24Aの位置及び姿勢が変位自在となり、プローブ24Aを任意に変位(移動及び回転)させることができる。第1駆動部35及び/又は第2駆動部36を駆動部と称する場合がある。 Returning to FIG. 1, although not shown, the three-dimensional measuring machine 10 includes a Y-axis drive unit that moves the portal frame 26 in the Y-axis direction, and an X-axis drive unit that moves the X-carriage 20 in the X-axis direction. and a Z-axis drive unit that moves the Z-carriage 22 in the Z-axis direction. Thereby, the probe head 24 and the probe 24A can be moved in three axial directions (XYZ directions) that are orthogonal to each other. The position and posture of the probe 24A can be freely displaced by the first drive section 35 and the second drive section 36, and the probe 24A can be arbitrarily displaced (moved and rotated). The first drive section 35 and/or the second drive section 36 may be referred to as a drive section.

テーブル14の右Yキャリッジ16R側の端部には、Y軸方向位置検出用リニアスケール(図示せず)が設けられている。また、Xガイド18にはX軸方向位置検出用リニアスケール(図示せず)が設けられ、Zキャリッジ22にはZ軸方向位置検出用リニアスケール(図示せず)が設けられている。 A linear scale (not shown) for detecting a position in the Y-axis direction is provided at the end of the table 14 on the right Y-carriage 16R side. Further, the X guide 18 is provided with a linear scale (not shown) for detecting a position in the X-axis direction, and the Z carriage 22 is provided with a linear scale (not shown) for detecting a position in the Z-axis direction.

一方、右Yキャリッジ16Rには、Y軸方向位置検出用リニアスケールを読み取るY軸方向位置検出ヘッド(図示せず)が設けられている。また、Xキャリッジ20には、X軸方向位置検出用リニアスケール及びZ軸方向位置検出用リニアスケールをそれぞれ読み取るX軸方向位置検出ヘッド(図示せず)とZ軸方向位置検出ヘッド(図示せず)とが設けられている。さらに、プローブヘッド24には、プローブ24Aの回転角θ,φをそれぞれ検出するロータリエンコーダ等の回転角検出部(図示せず)が設けられている。XYZ軸方向検出ヘッドの検出結果と、回転角検出部の検出結果とに基づき、プローブ24A(スタイラス24Bの先端の接触子24C)がワークWの測定位置に接触したときの測定位置のXYZ軸方向の座標値を検出することができる。 On the other hand, the right Y-carriage 16R is provided with a Y-axis position detection head (not shown) that reads the Y-axis position detection linear scale. The X-carriage 20 also includes an X-axis position detection head (not shown) and a Z-axis position detection head (not shown) that read the X-axis position detection linear scale and the Z-axis position detection linear scale, respectively. ) is provided. Furthermore, the probe head 24 is provided with a rotation angle detection section (not shown) such as a rotary encoder that detects the rotation angles θ and φ of the probe 24A. Based on the detection results of the XYZ axis direction detection head and the detection results of the rotation angle detection unit, the XYZ axis direction of the measurement position when the probe 24A (contactor 24C at the tip of the stylus 24B) contacts the measurement position of the workpiece W is determined. The coordinate values of can be detected.

三次元測定機10は、第1駆動部35及び第2駆動部36を制御して、プローブヘッド24の動き、すなわち、プローブ24A(スタイラス24B)の位置及び姿勢の変位を制御する駆動コントローラ28を備えている。ここで三次元測定機10は、測定を自動で行う自動測定モードと、測定を手動で行う手動測定モードとを有している。従って、駆動コントローラ28は、自動測定モード時には後述のコンピュータ32の制御の下、第1駆動部35及び第2駆動部36を制御して、プローブ24Aの位置及び姿勢を変位させる。 The coordinate measuring machine 10 includes a drive controller 28 that controls the first drive section 35 and the second drive section 36 to control the movement of the probe head 24, that is, the displacement of the position and attitude of the probe 24A (stylus 24B). We are prepared. Here, the coordinate measuring machine 10 has an automatic measurement mode in which measurements are performed automatically, and a manual measurement mode in which measurements are performed manually. Therefore, in the automatic measurement mode, the drive controller 28 controls the first drive section 35 and the second drive section 36 under the control of the computer 32, which will be described later, to displace the position and orientation of the probe 24A.

また、駆動コントローラ28には、プローブ24A(スタイラス24B)の位置及び姿勢の変位を手動操作するためのジョイスティック等の操作部28Aが設けられている。従って、駆動コントローラ28は、手動測定モード時には操作部28Aに対する操作入力に応じて、第1駆動部35及び第2駆動部36を制御することにより、プローブ24Aの位置及び姿勢を変位させる。 Further, the drive controller 28 is provided with an operation section 28A such as a joystick for manually controlling the position and orientation of the probe 24A (stylus 24B). Therefore, in the manual measurement mode, the drive controller 28 displaces the position and orientation of the probe 24A by controlling the first drive section 35 and the second drive section 36 in response to the operation input to the operation section 28A.

駆動コントローラ28には、プローブ24Aの接触検知センサ(図示せず)と、XYZ軸方向検出ヘッド及び回転角検出部とが接続されている。そして、駆動コントローラ28は、接触検知センサによりプローブ24A(接触子24C)がワークWの測定位置に接触したことを検知した瞬間に、XYZ軸方向検出ヘッド及び回転角検出部の各々の検出結果を取得して、測定位置のXYZ軸方向の座標値を検出する。この測定位置のXYZ軸方向の座標値は、駆動コントローラ28からコンピュータ32へ出力される。 The drive controller 28 is connected to a contact detection sensor (not shown) of the probe 24A, an XYZ axis direction detection head, and a rotation angle detection unit. The drive controller 28 acquires the detection results of the XYZ axis direction detection head and the rotation angle detection unit at the moment when the contact detection sensor detects that the probe 24A (contactor 24C) has come into contact with the measurement position of the workpiece W, and detects the coordinate values of the measurement position in the XYZ axis direction. The coordinate values of the measurement position in the XYZ axis direction are output from the drive controller 28 to the computer 32.

コンピュータ32は、LAN(Local Area Network)等の各種の通信インタフェース30により駆動コントローラ28に対してデータ通信可能に接続されている。このコンピュータ32は、前述の駆動コントローラ28と共に本発明の三次元測定機の測定制御装置として機能する。 The computer 32 is connected to the drive controller 28 through various communication interfaces 30 such as a LAN (Local Area Network) so as to be capable of data communication. This computer 32 functions together with the aforementioned drive controller 28 as a measurement control device for the three-dimensional measuring machine of the present invention.

コンピュータ32には、本発明の測定プログラムに相当するプログラム32Aがインストールされている。コンピュータ32は、プログラム32Aを実行することにより、三次元測定機10の各種制御を実行する。 A program 32A corresponding to the measurement program of the present invention is installed in the computer 32. The computer 32 executes various controls of the three-dimensional measuring machine 10 by executing the program 32A.

表示部38は、コンピュータ32に接続されている。コンピュータ32は、三次元測定機10における諸情報、プローブ24Aによる測定位置、及び操作指示、入力画面等を表示部38に表示させる。 The display unit 38 is connected to the computer 32. The computer 32 causes the display unit 38 to display various information on the three-dimensional measuring machine 10, the measurement position by the probe 24A, operation instructions, an input screen, and the like.

[コンピュータの構成]
図4は、コンピュータ32の機能ブロック図である。図4に示すように、コンピュータ32のCPU(Central Processing Unit)及びメモリ等により構成される制御部40は、プログラム32Aを実行する。これにより、制御部40は、記憶部41、表示制御部42と、入力制御部43と、法線ベクトル算出部46、条件決定部47、成分速度算出部48、信号生成部49、ワーク座標系設定部50と、ワーク座標系測定部51と、測定要素測定部52として、機能する。
[Computer configuration]
FIG. 4 is a functional block diagram of the computer 32. As shown in FIG. 4, a control unit 40 comprised of a CPU (Central Processing Unit), memory, etc. of the computer 32 executes a program 32A. As a result, the control section 40 includes a storage section 41, a display control section 42, an input control section 43, a normal vector calculation section 46, a condition determination section 47, a component velocity calculation section 48, a signal generation section 49, a workpiece coordinate system It functions as a setting section 50, a workpiece coordinate system measurement section 51, and a measurement element measurement section 52.

記憶部41には、プログラム32Aの他に、三次元測定機10によるワークW(不図示)の測定に係る各種情報が記憶されている。 In addition to the program 32A, the memory unit 41 stores various information related to the measurement of the workpiece W (not shown) by the coordinate measuring machine 10.

表示制御部42は表示部38の表示を制御する。入力制御部43は入力部44を制御する。入力制御部43は入力された情報を制御部40に受け入れる。なお、入力部44は例えばキーボード等であるが、表示部38と入力部44とを兼ねるタッチパネルであってもよい。なお、各種機能については後述する。 The display control unit 42 controls the display on the display unit 38. The input control section 43 controls the input section 44 . The input control section 43 receives input information into the control section 40 . Note that the input unit 44 is, for example, a keyboard, but may also be a touch panel that serves as both the display unit 38 and the input unit 44. Note that various functions will be described later.

[被測定物(ワークW)]
三次元測定機10の被測定物であるワークWの一例を、図5を参照して説明する。ワークWは測定すべき面を有する多面体であり、ワークWはテーブル14等の上に載置される。ワークWは、テーブル14に載置される面を除き、例えば、Z面62と、2つの対向するY面64及び66と、2つの対向するX面68及び70と、Z面62とX面68と繋ぐ傾斜面72と、を備えている。なお、X面、Y面、Z面及び傾斜面を特に区別しない場合、測定面と称する場合がある。ワークWの測定面には、複数の測定要素(不図示)が含まれる。ここで、測定要素とはワークWに形成される穴(円穴)、凸部、又は溝などであり、ワークWには複数の測定要素が含まれている。なお、測定要素にはワークWの外形が含まれていてもよい。
[Object to be measured (work W)]
An example of a workpiece W, which is an object to be measured by the three-dimensional measuring machine 10, will be explained with reference to FIG. The workpiece W is a polyhedron having a surface to be measured, and the workpiece W is placed on a table 14 or the like. The workpiece W has, for example, a Z plane 62, two opposing Y planes 64 and 66, two opposing X planes 68 and 70, and a Z plane 62 and an 68. Note that if the X plane, Y plane, Z plane, and inclined plane are not particularly distinguished, they may be referred to as measurement planes. The measurement surface of the workpiece W includes a plurality of measurement elements (not shown). Here, the measurement element is a hole (circular hole), a convex portion, a groove, or the like formed in the workpiece W, and the workpiece W includes a plurality of measurement elements. Note that the measurement element may include the outer shape of the workpiece W.

ここで、傾斜面72は、ワークWにおいて、載置するテーブル14に平行又は直交しない面と定義できる。 Here, the inclined surface 72 can be defined as a surface of the workpiece W that is neither parallel nor perpendicular to the table 14 on which it is placed.

[三次元測定機による測定方法]
次に、上記構成の三次元測定機10による(測定処理)測定方法を説明する。図6は、ワークWの測定処理の流れを示すフローチャートである。図7は、図6中のステップS4の傾斜面処理の流れを示すフローチャートである。
[Measurement method using a coordinate measuring machine]
Next, a measurement method (measurement processing) using the coordinate measuring machine 10 having the above configuration will be explained. FIG. 6 is a flowchart showing the flow of the measurement process for the workpiece W. FIG. 7 is a flowchart showing the flow of the slope processing in step S4 in FIG.

図6に示すように、最初に、操作者は、三次元測定機10のテーブル14の上に測定するワークWを載置する(ステップS1)。 As shown in FIG. 6, first, the operator places the workpiece W to be measured on the table 14 of the coordinate measuring machine 10 (step S1).

次に、テーブル14の上に載置されワークWのワーク座標系が設定される(ステップS2)。例えば、ワーク座標系設定部50が、自動でプローブ24Aを操作し、ワークWを予備測定する。測定結果がワーク座標系測定部51により取得され、ワーク座標系設定部50が、ワーク座標系を設定できる。 Next, the workpiece coordinate system of the workpiece W placed on the table 14 is set (step S2). For example, the workpiece coordinate system setting unit 50 automatically operates the probe 24A to preliminarily measure the workpiece W. The measurement results are acquired by the workpiece coordinate system measuring section 51, and the workpiece coordinate system setting section 50 can set the workpiece coordinate system.

操作者が、操作部28Aのジョイスティック等によりプローブ24Aを操作し、手動でプローブ24AによりワークWを予備測定する。測定結果がワーク座標系測定部51により取得され、ワーク座標系設定部50が、ワーク座標系を設定できる。 The operator operates the probe 24A using a joystick or the like on the operation unit 28A, and manually performs preliminary measurement of the workpiece W using the probe 24A. The measurement results are acquired by the workpiece coordinate system measurement unit 51, and the workpiece coordinate system setting unit 50 can set the workpiece coordinate system.

ワーク座標系設定部50により設定されたワーク座標系が、記憶部41に記憶される。 The workpiece coordinate system set by the workpiece coordinate system setting section 50 is stored in the storage section 41.

プローブ24Aは、上述したように、第1駆動部35及び第2駆動部36により駆動される。ワークWに対しワーク座標系が設定されると、操作者がワークWの測定面に含まれる測定要素を測定する。 As described above, the probe 24A is driven by the first drive unit 35 and the second drive unit 36. Once the work coordinate system is set for the workpiece W, the operator measures the measurement elements included in the measurement surface of the workpiece W.

測定開始されると、ワークWの測定面が傾斜面72であるか否かを判定する(ステップS3)。ステップS3において、傾斜面72ではないと判定されると、No判定になる。No判定になると、ステップS5に進む。一方、傾斜面72であると判定されると、Yes判定になる。Yes判定になると、ステップS4に進む。 When the measurement is started, it is determined whether the measurement surface of the workpiece W is the inclined surface 72 (step S3). In step S3, if it is determined that the surface is not the inclined surface 72, the determination is No. If the determination is No, the process advances to step S5. On the other hand, if it is determined that it is the inclined surface 72, the determination is Yes. If the determination is Yes, the process advances to step S4.

No判定とされ、ステップS5に進む場合を説明する。ステップS5では、測定された測定結果が測定要素測定部52に入力される。測定要素測定部52は、記憶部41に記憶されているプログラム等を実行することで、ワークWを測定する。 A case where the determination is No and the process proceeds to step S5 will be described. In step S5, the measured measurement results are input to the measurement element measuring section 52. The measurement element measurement section 52 measures the workpiece W by executing a program stored in the storage section 41 or the like.

測定は、例えば、操作者が、操作部28Aのジョイスティックを操作し、手動でプローブ24Aを移動させ、プローブ24AをワークWの測定面の一つに接触させる。ワークWの測定面が、Z面62と、Y面64及び66、及びX面68及び70のように、テーブル14に平行又は直交する面の場合、操作者は、測定面に対し、プローブ24Aを法線方向から比較的容易に接触させることができる。ワークWの測定面の測定を終えると、ワークWの測定が完了したか否かが判定される(ステップS6)。 For example, the operator operates the joystick of the operation unit 28A to manually move the probe 24A and bring the probe 24A into contact with one of the measurement surfaces of the workpiece W. When the measurement surface of the workpiece W is a surface that is parallel or perpendicular to the table 14, such as the Z surface 62, the Y surfaces 64 and 66, and the X surfaces 68 and 70, the operator can relatively easily bring the probe 24A into contact with the measurement surface from the normal direction. When the measurement of the measurement surface of the workpiece W is finished, it is determined whether the measurement of the workpiece W is complete (step S6).

ワークWの測定が完了していないと判定した場合、No判定となる。No判定の場合、傾斜面か否かの判定に(ステップS3)に戻る。 If it is determined that the measurement of the workpiece W has not been completed, the determination is No. If the determination is No, the process returns to step S3 to determine whether the surface is an inclined surface.

ステップS3において、Yes判定されると、図7に示すように、プローブ24Aを傾斜面の法線方向から接触させるための傾斜面処理が開始される(ステップS4)。 If the determination is Yes in step S3, as shown in FIG. 7, inclined surface processing is started for bringing the probe 24A into contact with the inclined surface from the normal direction (step S4).

最初に、傾斜面72の法線ベクトルを算出する(ステップS4A)。ステップS4Aでは、法線ベクトル算出部46が少なくとも1つの測定要素を含む傾斜面72の法線ベクトルを算出する。 First, the normal vector of the inclined surface 72 is calculated (step S4A). In step S4A, the normal vector calculation unit 46 calculates the normal vector of the inclined surface 72 including at least one measurement element.

図8から図13に基づいて、法線ベクトルの算出方法の一例を説明する。法線ベクトルを算出するためには、傾斜面72の平面を特定することが必要となる。そこで、図8に示されるように、例えば、傾斜面72の3点(P、P、P)に対して、プローブ24Aを矢印に示す方向から、例えば、手動で接触させる。3点の座標はプローブ24Aから測定要素測定部52により取得される。 An example of a method for calculating a normal vector will be described with reference to Fig. 8 to Fig. 13. In order to calculate a normal vector, it is necessary to identify the plane of the inclined surface 72. Then, as shown in Fig. 8, for example, the probe 24A is manually brought into contact with three points ( P0 , P1 , P2 ) of the inclined surface 72 from the direction indicated by the arrows. The coordinates of the three points are acquired from the probe 24A by the measurement element measuring unit 52.

図9は、図8で測定された3点(P、P、P)及び傾斜面72を概念的にワーク座標系に示す。実施形態では、操作者がプロービングした3点の座標に基づいて、法線ベクトル算出部46が傾斜面72の法線ベクトルnを算出する。法線ベクトルnが算出できると、後述するように、傾斜面72に対してプローブ24Aを法線方向から接触させるために必要な条件である方位角θと仰角φを求めることができる。 FIG. 9 conceptually shows the three points (P 0 , P 1 , P 2 ) and the inclined surface 72 measured in FIG. 8 in the workpiece coordinate system. In the embodiment, the normal vector calculation unit 46 calculates the normal vector n of the inclined surface 72 based on the coordinates of the three points probed by the operator. Once the normal vector n can be calculated, the azimuth angle θ and the elevation angle φ, which are necessary conditions for bringing the probe 24A into contact with the inclined surface 72 from the normal direction, can be determined, as will be described later.

法線ベクトル算出部46は、プロービングした3点の座標に基づいて、法線ベクトルnを自動計算できる。 The normal vector calculation unit 46 can automatically calculate the normal vector n based on the coordinates of the three probed points.

図10に示すように、P=(x,y,z)、P=(x,y,z)、及びP=(x,y,z)とすると、ベクトルP=(x-x,y-y,z-z)、及びベクトルP=(x-x,y-y,z-z)が求められる。 As shown in FIG. 10, P 0 = (x 0 , y 0 , z 0 ), P 1 = (x 1 , y 1 , z 1 ), and P 2 = (x 2 , y 2 , z 2 ). Then, the vector P 0 P 1 = (x 1 - x 0 , y 1 - y 0 , z 1 - z 0 ), and the vector P 0 P 2 = (x 2 - x 0 , y 2 -y 0 , z 2 -z 0 ) is calculated.

法線ベクトルnは以下の式で算出できる。 The normal vector n can be calculated using the following formula.

Figure 0007458579000001
Figure 0007458579000001

しかしながら、ベクトルP×ベクトルPを計算した場合、図11に示すように、逆向きの法線ベクトル-nが算出される懸念がある。そのため、法線ベクトルnと法線ベクトル-nのいずれが正しいかを判別する機能が必要となる。 However, when calculating the vector P 0 P 2 ×vector P 0 P 1 , there is a concern that a normal vector -n in the opposite direction may be calculated, as shown in FIG. Therefore, a function is required to determine which of normal vector n and normal vector -n is correct.

次に、法線ベクトルの向きの算出処理について説明する。図12は傾斜面72を横から見た図である。図12に示すように、プロービング前、及びプローブ24Aの現在値の座標を一定時間ごとにサンプリングする。例えば、S=(xs0,ys0,zs0)、S=(xs1,ys1,zs1)をサンプリングする。プローブ24AによりプロービングされたPと、直前のサンプリング点SからベクトルSを作成する。 Next, the calculation process of the direction of the normal vector will be described. Fig. 12 is a diagram of the inclined surface 72 viewed from the side. As shown in Fig. 12, before probing, and the coordinates of the current value of the probe 24A are sampled at regular time intervals. For example, S0 = ( xs0 , ys0 , zs0 ) and S1 = ( xs1 , ys1 , zs1 ) are sampled. A vector S1P0 is created from P0 probed by the probe 24A and the immediately preceding sampling point S1 .

図13に示すように、ベクトルSと法線ベクトルnとのなす角αを求める。同様に、ベクトルSと法線ベクトル-nとのなす角αを求める。 As shown in FIG. 13, the angle α 0 between the vector S 1 P 0 and the normal vector n is determined. Similarly, the angle α 1 between the vector S 1 P 0 and the normal vector -n is determined.

法線ベクトルn=(n,n,n)、ベクトルS=(a,a,a)とすると、αは以下の式で算出できる。 When the normal vector n=(n 0 , n 1 , n 2 ) and the vector S 1 P 0 =(a 0 , a 1 , a 2 ), α 0 can be calculated by the following formula.

Figure 0007458579000002
Figure 0007458579000002

αも、同様に算出できる。 α 1 can also be calculated in the same way.

算出されたα、及びαの中で180°以下の値を以下の判定式で使用できる。
0°≦α<90°、かつ90°≦α≦180°の場合、法線ベクトルnを採用する。一方、90°≦α<180°、かつ0°≦α≦90°の場合、法線ベクトル-nを採用する。
Among the calculated α 0 and α 1 , values less than 180° can be used in the following judgment formula.
If 0°≦α 0 <90° and 90°≦α 1 ≦180°, the normal vector n is adopted, whereas if 90°≦α 0 <180° and 0°≦α 1 ≦90°, the normal vector −n is adopted.

上述したように、法線ベクトル算出部46により、法線ベクトルn(又は-n)が算出される。 As described above, the normal vector calculation unit 46 calculates the normal vector n (or -n).

次に、算出された法線ベクトルに基づいて、プローブの条件を決定する(ステップS4B)。ステップS4Bでは、条件決定部47がステップS4Aの法線ベクトル算出ステップの算出結果に基づき傾斜面72に接触させるプローブ24Aの方位角θ及び仰角φと、プローブ24Aの移動速度Vxyzとを決定する。 Next, probe conditions are determined based on the calculated normal vector (step S4B). In step S4B, the condition determination unit 47 determines the azimuth angle θ and elevation angle φ of the probe 24A to be brought into contact with the inclined surface 72, and the moving speed Vxyz of the probe 24A based on the calculation result of the normal vector calculation step of step S4A. .

数1に示される法線ベクトルnを以下の数3と置くことができる。 The normal vector n shown in equation 1 can be expressed as equation 3 below.

Figure 0007458579000003
Figure 0007458579000003

法線ベクトルnを数3とすると、図14で示す、X軸と線分OQのなす方位角θ(点QはXY平面上の点)と、XY平面と線分OPのなす仰角φとは、以下の三角式で表すことができる。 If the normal vector n is expressed as Equation 3, then what is the azimuth angle θ between the X axis and the line segment OQ (point Q is a point on the XY plane) and the elevation angle φ between the XY plane and the line segment OP, as shown in Figure 14? , can be expressed by the following trigonometric expression.

Figure 0007458579000004
Figure 0007458579000004

Figure 0007458579000005
Figure 0007458579000005

Figure 0007458579000006
Figure 0007458579000006

Figure 0007458579000007
Figure 0007458579000007

条件決定部47は、記憶部41に記憶されたプログラム32A等により自動で、式(1)、及び式(2)に基づいて方位角θと、仰角φとを決定できる。また、条件決定部47はプローブ24Aが傾斜面72に接触する際の移動速度Vxyzを決定できる。移動速度Vxyzは、三次元測定機10に備えられる第2駆動部36の性能、測定の種類、ワークWの材質等から適切な移動速度Vxyzが決定される。ステップS4Bで決定された方位角θと、仰角φ、及び移動速度Vxyzは、記憶部41に記憶される。 The condition determination unit 47 can automatically determine the azimuth angle θ and the elevation angle φ based on equation (1) and equation (2) using the program 32A stored in the storage unit 41 or the like. Further, the condition determining unit 47 can determine the moving speed V xyz when the probe 24A contacts the inclined surface 72. An appropriate moving speed V xyz is determined based on the performance of the second drive unit 36 provided in the three-dimensional measuring machine 10, the type of measurement, the material of the workpiece W, and the like. The azimuth angle θ, the elevation angle φ, and the moving speed Vxyz determined in step S4B are stored in the storage unit 41.

次に、決定された条件に基づいて、移動速度の成分速度を算出する(ステップS4C)。ステップS4Cでは、成分速度算出部48が、ステップS4Bの条件決定ステップにより決定された方位角θ、仰角φ及び移動速度Vxyzに基づいて、移動速度VxyzのX成分速度V、Y成分速度V、及びZ成分速度Vを算出する。移動速度Vxyzと、X成分速度V、Y成分速度V、及びZ成分速度Vは以下の式で表すことができる。
xyz=(V +V +V (1/2)・・・(5)
=Vxyzcosθcosφ・・・(6)
=Vxyzsinθcosφ・・・(7)
=Vxyzsinφ・・・(8)
ステップS4Bで算出された式(1)から(4)を、ステップS4Cで表された式(6)から(8)に適用することにより、X成分速度V、Y成分速度V、及びZ成分速度Vが算出できる。成分速度算出部48が、記憶部41に記憶されたプログラム32A等により移動速度の各成分速度を自動で算出する。
Next, component speeds of the moving speed are calculated based on the determined conditions (step S4C). In step S4C, the component speed calculation unit 48 calculates the X component speed V x and the Y component speed V of the movement speed V y , and the Z component velocity Vz are calculated. The moving speed V xyz , the X component speed V x , the Y component speed V y , and the Z component speed V z can be expressed by the following equations.
V xyz = (V x 2 + V y 2 + V z 2 ) (1/2) ...(5)
V x =V xyz cosθcosφ...(6)
V y =V xyz sinθcosφ...(7)
V z =V xyz sinφ...(8)
By applying equations (1) to (4) calculated in step S4B to equations (6) to (8) expressed in step S4C, the X component speed V x , the Y component speed V y , and Z The component velocity Vz can be calculated. The component speed calculation unit 48 automatically calculates each component speed of the moving speed using the program 32A stored in the storage unit 41 or the like.

次に、移動速度の成分速度に基づいて駆動信号の信号を生成する(ステップS4D)。ステップS4Dでは、信号生成部49が、ステップS4Cで算出されたX成分速度V、Y成分速度V、及びZ成分速度Vに基づいてプローブ24Aを駆動するための駆動信号を生成する。 Next, a drive signal is generated based on the component speed of the moving speed (step S4D). In step S4D, the signal generation unit 49 generates a drive signal for driving the probe 24A based on the X-component velocity V x , Y-component velocity V y , and Z-component velocity V z calculated in step S4C.

信号生成部49は、記憶部41に記憶されたプログラム32A等により、第2駆動部36のモーター等の性能から、X成分速度V、Y成分速度V、及びZ成分速度Vに基づいて、第2駆動部36に入力すべき駆動信号(例えば、指示電圧)を自動で算出する。算出された駆動信号は、記憶部41に記憶される。 The signal generation unit 49 uses the program 32A stored in the storage unit 41 to generate a signal based on the X component speed V x , the Y component speed V y , and the Z component speed V z from the performance of the motor etc. of the second drive unit 36 . Then, a drive signal (for example, instruction voltage) to be input to the second drive unit 36 is automatically calculated. The calculated drive signal is stored in the storage section 41.

以上のステップS4AからステップS4Dの処理により、上述の傾斜面処理が実行される。 The above-described inclined surface processing is executed through the processing from step S4A to step S4D.

次に、図6に戻って、傾斜面処理(ステップS4)の次に、ワークWの測定ステップS5)に進む。 Next, returning to FIG. 6, after the inclined surface processing (step S4), the process proceeds to step S5) of measuring the workpiece W.

操作者は、傾斜面処理を終えた傾斜面72を測定する場合、操作部28Aのジョイスティック等の手動でプローブ24Aを操作する必要はない。操作者は、例えば、操作部28Aに設けられたスイッチ(不図示)をオンオフの切替操作することでプローブ24Aを傾斜面に移動できる。例えば、操作者が、スイッチを押すことにより、プローブ24Aに駆動信号が与えられ傾斜面72に向かって移動する。プローブ24Aは傾斜面72の法線ベクトルと平行となるよう、方位角θ及び仰角φの向きが調整されている。スイッチを離す、もしくはプローピングしたら、プローブ24Aの動きを止める。操作者は、操作部28Aのスティック操作ではなく、スイッチだけで操作できるため、プローブ24Aを誤操作が少なく、狙った角度で、一定速度で斜め移動ができる。操作者がスイッチを押すと、例えば、記憶部41に記憶されている方位角θ、仰角φ、及び駆動信号が測定要素測定部52に入力され、駆動コントローラ28を介してプローブ24Aが、傾斜面72に移動する。 When measuring the inclined surface 72 that has been subjected to the inclined surface treatment, the operator does not need to manually operate the probe 24A using a joystick or the like of the operating section 28A. The operator can move the probe 24A to the inclined surface by, for example, turning on and off a switch (not shown) provided on the operating section 28A. For example, when an operator presses a switch, a drive signal is applied to the probe 24A to move it toward the inclined surface 72. The azimuth angle θ and the elevation angle φ of the probe 24A are adjusted so that they are parallel to the normal vector of the inclined surface 72. When the switch is released or probed, the movement of probe 24A is stopped. Since the operator can operate the probe 24A only by using a switch rather than by operating a stick on the operating section 28A, the probe 24A can be moved diagonally at a constant speed at a desired angle with fewer erroneous operations. When the operator presses the switch, for example, the azimuth angle θ, the elevation angle φ, and the drive signal stored in the storage unit 41 are input to the measurement element measurement unit 52, and the probe 24A is moved to the inclined surface via the drive controller 28. Move to 72.

ワークWの傾斜面の測定を終えると、ワークWの測定が完了したか否かが判定される(ステップS6)。ワークWの測定が完了していないと判定した場合、No判定となる。No判定の場合、傾斜面か否かの判定(ステップS3)に戻る。 After completing the measurement of the inclined surface of the workpiece W, it is determined whether or not the measurement of the workpiece W has been completed (step S6). If it is determined that the measurement of the workpiece W has not been completed, the determination is No. If the determination is No, the process returns to the determination of whether the surface is an inclined surface (step S3).

測定完了(ステップS6)における判定がYes判定となるまで、ステップS3からステップS5のステップを繰り返し実行する。 Steps S3 to S5 are repeated until the result at the completion of measurement (step S6) is Yes.

傾斜面処理(ステップS4)の終了後、ワークWの測定(ステップS5)の前に、表示部38に、図15に示す画面100を表示してもよい。画面100は、プローブ24Aの方位角θ、及び仰角φに関連する角度指定画面110、プローブの移動速度Vxyzに関連する速度指定画面120、及びプローブ24Aの移動方向を示す移動方向表示画面130を含んでいる。ワークWを測定する前に、算出された方位角θ、及び仰角φ及び移動速度Vxyzを確認できる。 After the slope processing (step S4) is completed and before the measurement of the workpiece W (step S5), a screen 100 shown in FIG. 15 may be displayed on the display unit 38. The screen 100 includes an angle designation screen 110 related to the azimuth angle θ and elevation angle φ of the probe 24A, a speed designation screen 120 related to the moving speed V xyz of the probe, and a movement direction display screen 130 showing the movement direction of the probe 24A. Contains. Before measuring the workpiece W, the calculated azimuth angle θ, elevation angle φ, and moving speed V xyz can be confirmed.

さらに、操作者は、画面100において、方位角θ、仰角φ、及び移動速度Vxyzを入力部44から入力できる。方位角θ、仰角φ、及び移動速度Vxyzを入力し、図7に示されるステップS4C、及びステップS4Dを実行することにより駆動信号を生成できるので、入力された条件でプローブ24Aを移動し、プローブ24AをワークWに接触できる。 Furthermore, the operator can input the azimuth angle θ, the elevation angle φ, and the moving speed V xyz from the input unit 44 on the screen 100 . Since a drive signal can be generated by inputting the azimuth angle θ, the elevation angle φ, and the moving speed Vxyz and executing steps S4C and S4D shown in FIG. 7, the probe 24A is moved under the input conditions, The probe 24A can be brought into contact with the workpiece W.

操作者は、図15に示す画面100を任意に表示でき、方位角θ、仰角φ、及び移動速度Vxyzを入力部44から入力して、入力された条件でプローブ24AをワークWに接触できる。 The operator can arbitrarily display the screen 100 shown in FIG. 15, input the azimuth angle θ, the elevation angle φ, and the moving speed Vxyz from the input unit 44, and can bring the probe 24A into contact with the workpiece W under the input conditions. .

したがって、図7で示すステップS4Aにおいて、傾斜面72の3点の座標を求める際、操作者の手動に代えて、スイッチの操作でプローブ24AをワークWに接触できる。画面100から、測定用方位角θ、測定用仰角φと、及び測定用移動速度Vxyzとを入力できる。図7に示されるステップS4C、及びステップS4Dを実行することにより、測定用X成分速度V、測定用Y成分速度V、及び測定用Z成分速度Vを算出し、測定用駆動信号を生成できる。 7, when determining the coordinates of three points on the inclined surface 72, the probe 24A can be brought into contact with the workpiece W by operating a switch instead of manually by an operator. The measurement azimuth angle θ, the measurement elevation angle φ, and the measurement movement velocity V xyz can be input from the screen 100. By executing steps S4C and S4D shown in FIG 7, the measurement X-component velocity V x , the measurement Y-component velocity V y , and the measurement Z-component velocity V z can be calculated, and a measurement drive signal can be generated.

測定用方位角θ、及び測定用仰角φは、法線ベクトルの方位角θ、仰角φとのずれが±90度未満の設定値であれば、傾斜面72をプロービングできる。測定用方位角θ、及び測定用仰角φは、プローブ24Aが傾斜面72の法線ベクトルと平行でなくてもよい。 If the azimuth angle θ for measurement and the elevation angle φ for measurement are set values such that the deviation from the azimuth angle θ and the elevation angle φ of the normal vector is less than ±90 degrees, the inclined surface 72 can be probed. The measurement azimuth angle θ and the measurement elevation angle φ do not require that the probe 24A be parallel to the normal vector of the inclined surface 72.

10 三次元測定機、12 架台、14 テーブル、16L 左Yキャリッジ、16R 右Yキャリッジ、18 Xガイド、20 Xキャリッジ、22 Zキャリッジ、24 プローブヘッド、24A プローブ、24B スタイラス、24C 接触子、26 門型フレーム、28 駆動コントローラ、28A 操作部、30 通信インタフェース、32 コンピュータ、32A プログラム、35 第1駆動部、36 第2駆動部、38 表示部、40 制御部、41 記憶部、42 表示制御部、43 入力制御部、44 入力部、46 法線ベクトル算出部、47 条件決定部、48 成分速度算出部、49 信号生成部、50 ワーク座標系設定部、51 ワーク座標系測定部、52 測定要素測定部、62 Z面、64 Y面、66 Y面、68 X面、70 X面、72 傾斜面、100 画面、110 角度指定画面、120 速度指定画面、130 移動方向表示画面、 10 three-dimensional measuring machine, 12 stand, 14 table, 16L left Y carriage, 16R right Y carriage, 18 X guide, 20 X carriage, 22 Z carriage, 24 probe head, 24A probe, 24B stylus, 24C contactor, 26 gate mold frame, 28 drive controller, 28A operation section, 30 communication interface, 32 computer, 32A program, 35 first drive section, 36 second drive section, 38 display section, 40 control section, 41 storage section, 42 display control section, 43 input control unit, 44 input unit, 46 normal vector calculation unit, 47 condition determination unit, 48 component velocity calculation unit, 49 signal generation unit, 50 workpiece coordinate system setting unit, 51 workpiece coordinate system measurement unit, 52 measurement element measurement part, 62 Z plane, 64 Y plane, 66 Y plane, 68 X plane, 70 X plane, 72 inclined plane, 100 screen, 110 angle specification screen, 120 speed specification screen, 130 movement direction display screen,

Claims (5)

位置及び姿勢を変位自在でプローブにより被測定物に形成された複数の測定要素を測定する三次元測定機において、
少なくとも1つの前記測定要素を含む傾斜面の法線ベクトルを算出する法線ベクトル算出部と、
前記法線ベクトル算出部の算出結果に基づき前記傾斜面に接触させる前記プローブの方位角θ及び仰角φと、前記プローブの移動速度とを決定する条件決定部と、
前記条件決定部により決定された前記方位角θ、前記仰角φ及び前記移動速度に基づいて、前記移動速度のX成分速度、Y成分速度、及びZ成分速度を算出する成分速度算出部と、
前記X成分速度、前記Y成分速度、及び前記Z成分速度に基づいて前記プローブを駆動するための駆動信号を生成する信号生成部と、
前記駆動信号を前記プローブの駆動部に入力するための操作部と、
を備え
前記法線ベクトル算出部は、
前記プローブにより前記傾斜面の少なくとも3点の座標を測定し、前記3点の座標から前記法線ベクトルを算出する法線ベクトル算出処理と、
前記プローブを前記3点のうちの1点に接触させる前から前記プローブの先端の座標のサンプリングを繰り返し実行するサンプリング処理と、
前記1点をP とし、前記サンプリング処理で前記1点の直前にサンプリングされた前記座標をS とし、前記法線ベクトル算出処理で算出した前記法線ベクトルをnとし、前記法線ベクトルとは逆向きの前記法線ベクトルを-nとした場合に、ベクトルS 及び前記法線ベクトルnのなす角度と、前記ベクトルS 及び前記法線ベクトル-nのなす角度と、に基づいて前記法線ベクトルの向きを判別する判別処理と、
を実行する、
三次元測定機。
In a three-dimensional measuring machine that can freely change its position and orientation and measures multiple measurement elements formed on an object to be measured using a probe,
a normal vector calculation unit that calculates a normal vector of an inclined surface including at least one of the measurement elements;
a condition determining unit that determines an azimuth angle θ and an elevation angle φ of the probe to be brought into contact with the inclined surface and a moving speed of the probe based on the calculation result of the normal vector calculating unit;
a component speed calculation unit that calculates an X component speed, a Y component speed, and a Z component speed of the movement speed based on the azimuth angle θ, the elevation angle φ, and the movement speed determined by the condition determination unit;
a signal generation unit that generates a drive signal for driving the probe based on the X-component velocity, the Y-component velocity, and the Z-component velocity;
an operation unit for inputting the drive signal to the drive unit of the probe;
Equipped with
The normal vector calculation unit includes:
normal vector calculation processing of measuring the coordinates of at least three points on the inclined surface with the probe and calculating the normal vector from the coordinates of the three points;
a sampling process of repeatedly sampling the coordinates of the tip of the probe before bringing the probe into contact with one of the three points;
The one point is P0 , the coordinates sampled immediately before the one point in the sampling process are S1 , the normal vector calculated in the normal vector calculation process is n, and the normal vector and is the angle formed by the vector S 1 P 0 and the normal vector n, and the angle formed by the vector S 1 P 0 and the normal vector -n, when the normal vector in the opposite direction is -n, a determination process that determines the direction of the normal vector based on;
execute,
CMM.
前記法線ベクトル算出部は、
入力部から入力された、測定用方位角θ及び測定用仰角φと、及び測定用移動速度に基づいて、前記測定用移動速度の測定用X成分速度、測定用Y成分速度、及び測定用Z成分速度を算出し、前記測定用X成分速度、前記測定用Y成分速度、及び前記測定用Z成分速度に基づいて生成された測定用駆動信号により前記プローブを駆動し、前記3点の座標を測定することを含む、
請求項に記載の三次元測定機。
The normal vector calculation unit includes:
Based on the measurement azimuth θ, the measurement elevation angle φ, and the measurement movement speed input from the input unit, the measurement X component speed, measurement Y component speed, and measurement Z component speed of the measurement movement speed are determined. The component velocity is calculated, and the probe is driven by a measurement drive signal generated based on the measurement X component velocity, the measurement Y component velocity, and the measurement Z component velocity, and the coordinates of the three points are determined. including measuring;
The coordinate measuring machine according to claim 1 .
前記条件決定部は、
前記法線ベクトル算出部の算出結果に基づく前記傾斜面に接触させる前記プローブの方位角θ及び仰角φと、前記プローブの移動速度とを、入力部から入力させて決定することを含む、
請求項1又は2に記載の三次元測定機。
The condition determining unit includes:
determining an azimuth angle θ and an elevation angle φ of the probe to be brought into contact with the inclined surface based on calculation results of the normal vector calculation unit, and a moving speed of the probe by inputting them from an input unit;
The coordinate measuring machine according to claim 1 or 2 .
前記操作部は、オンオフを切り替えるスイッチである、請求項1からの何れか一項に記載の三次元測定機。 The coordinate measuring machine according to claim 1 , wherein the operation unit is a switch that switches on and off . 位置及び姿勢を変位自在なプローブにより被測定物に形成された複数の測定要素を測定する三次元測定機の測定方法において、
少なくとも1つの前記測定要素を含む傾斜面の法線ベクトルを算出する法線ベクトル算出ステップと、
前記法線ベクトル算出ステップの算出結果に基づき前記傾斜面に接触させる前記プローブの方位角θ及び仰角φと、前記プローブの移動速度とを決定する条件決定ステップと、
前記条件決定ステップにより決定された前記方位角θ、前記仰角φ及び前記移動速度に基づいて、前記移動速度のX成分速度、Y成分速度、及びZ成分速度を算出する成分速度算出ステップと、
前記X成分速度、前記Y成分速度、及び前記Z成分速度に基づいて前記プローブを駆動するための駆動信号を生成する信号生成ステップと、
前記駆動信号を前記プローブの駆動部に入力するための操作ステップと、
有し、
前記法線ベクトル算出ステップは、
前記プローブにより前記傾斜面の少なくとも3点の座標を測定し、前記3点の座標から前記法線ベクトルを算出する法線ベクトル算出処理と、
前記プローブを前記3点のうちの1点に接触させる前から前記プローブの先端の座標のサンプリングを繰り返し実行するサンプリング処理と、
前記1点をP とし、前記サンプリング処理で前記1点の直前にサンプリングされた前記座標をS とし、前記法線ベクトル算出処理で算出した前記法線ベクトルをnとし、前記法線ベクトルとは逆向きの前記法線ベクトルを-nとした場合に、ベクトルS 及び前記法線ベクトルnのなす角度と、前記ベクトルS 及び前記法線ベクトル-nのなす角度と、に基づいて前記法線ベクトルの向きを判別する判別処理と、
を含む、
三次元測定機の測定方法。
A measurement method for a coordinate measuring machine that measures a plurality of measurement elements formed on a measurement object by a probe whose position and attitude can be freely changed, comprising the steps of:
A normal vector calculation step of calculating a normal vector of an inclined surface including at least one of the measurement elements;
a condition determination step of determining an azimuth angle θ and an elevation angle φ of the probe to be brought into contact with the inclined surface and a moving speed of the probe based on a calculation result of the normal vector calculation step;
a component velocity calculation step of calculating an X component velocity, a Y component velocity, and a Z component velocity of the moving velocity based on the azimuth angle θ, the elevation angle φ, and the moving velocity determined in the condition determination step;
a signal generating step of generating a drive signal for driving the probe based on the X component velocity, the Y component velocity, and the Z component velocity;
an operating step of inputting the drive signal to a drive unit of the probe;
having
The normal vector calculation step includes:
a normal vector calculation process for measuring coordinates of at least three points on the inclined surface by the probe and calculating the normal vector from the coordinates of the three points;
a sampling process for repeatedly sampling coordinates of the tip of the probe before the probe is brought into contact with one of the three points;
a determination process for determining a direction of the normal vector based on an angle between vector S 1 P 0 and the normal vector n , and an angle between vector S 1 P 0 and the normal vector -n, where P 0 is the one point, S 1 is the coordinate sampled immediately before the one point in the sampling process, n is the normal vector calculated in the normal vector calculation process , and -n is the normal vector in the opposite direction to the normal vector;
including,
Measurement methods using a coordinate measuring machine.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017133909A (en) 2016-01-27 2017-08-03 株式会社東京精密 Measurement method of three-dimensional measurement instrument, measurement control device, and measurement program
JP2018169343A (en) 2017-03-30 2018-11-01 株式会社東京精密 Three-dimensional measuring instrument, measurement method, and measurement program
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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61235714A (en) * 1985-04-11 1986-10-21 Nippon Kogaku Kk <Nikon> Driving device by work coordinate system
JP2583740Y2 (en) * 1991-03-25 1998-10-27 株式会社ミツトヨ Drive
JP3439331B2 (en) * 1997-09-12 2003-08-25 株式会社ミツトヨ Probe coordinate system drive

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017133909A (en) 2016-01-27 2017-08-03 株式会社東京精密 Measurement method of three-dimensional measurement instrument, measurement control device, and measurement program
JP2018169343A (en) 2017-03-30 2018-11-01 株式会社東京精密 Three-dimensional measuring instrument, measurement method, and measurement program
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