JP7138284B2 - Three-dimensional measuring machine and three-dimensional measuring method - Google Patents
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Description
本発明は三次元測定機及び三次元測定方法に係り、特に測定結果を補正する三次元測定機及び三次元測定方法に関する。 The present invention relates to a three-dimensional measuring machine and a three-dimensional measuring method, and more particularly to a three-dimensional measuring machine and a three-dimensional measuring method for correcting measurement results.
測定対象物であるワークの複数の測定位置の三次元座標を取得することで、ワークの形状を測定する三次元測定機が知られている。このような三次元測定機では、ワークの温度によってはワークが膨張又は収縮し、正しい測定結果を得ることができない場合がある。 2. Description of the Related Art A three-dimensional measuring machine is known that measures the shape of a workpiece by obtaining three-dimensional coordinates of a plurality of measurement positions on the workpiece, which is an object to be measured. In such a three-dimensional measuring machine, the work may expand or contract depending on the temperature of the work, making it impossible to obtain correct measurement results.
これに対し、ワークに温度センサを取り付け、このセンサが読み取った温度とオペレータが指定したワーク素材の熱膨張係数とから、取得した三次元座標を補正するワーク温度補正が知られている。 On the other hand, there is known work temperature correction in which a temperature sensor is attached to a work and the acquired three-dimensional coordinates are corrected based on the temperature read by the sensor and the coefficient of thermal expansion of the work material designated by the operator.
しかしながら、ワークの表面部位には温度差が存在し、ワークが大きければ大きいほどこの温度差が顕著となる。このため、単一の温度センサでは正確な結果が得られないという問題点があった。 However, there is a temperature difference on the surface of the workpiece, and the larger the workpiece, the more noticeable this temperature difference. Therefore, there is a problem that an accurate result cannot be obtained with a single temperature sensor.
このような問題点を解決するために、複数の温度センサを使用することが考えられる。特許文献1には、複数の温度センサによってワークの温度を測定し、ワークの温度及びワークの線膨張係数を用いて、測定結果を補正する技術が開示されている。 In order to solve such problems, it is conceivable to use a plurality of temperature sensors. Patent Literature 1 discloses a technique of measuring the temperature of a workpiece using a plurality of temperature sensors and correcting the measurement results using the temperature of the workpiece and the coefficient of linear expansion of the workpiece.
しかしながら、複数の温度センサを使用すると、コストが上昇する。また、温度センサ自体や温度センサのケーブルが煩雑となり、測定の邪魔になる。特に、接触式プローブを使用する場合には、プローブの移動経路の邪魔となり、プローブと温度センサが干渉してしまうリスクがある。 However, using multiple temperature sensors increases cost. In addition, the temperature sensor itself and the cable of the temperature sensor become complicated, which interferes with the measurement. In particular, when using a contact-type probe, there is a risk that it will interfere with the movement path of the probe and cause interference between the probe and the temperature sensor.
また、使用できる温度センサは、実用上2~3個が限度である。しかしながら、2~3個程度の温度センサを使用しても、ユーザが求める結果を得ることができない場合が多い。また、どの位置に配置すればよいか、いくつ配置すればよいかなど、その探索には終わりがないという問題点もある。 Also, the number of temperature sensors that can be used is practically limited to two or three. However, even if two or three temperature sensors are used, it is often not possible to obtain the results desired by the user. There is also the problem that there is no end to the search, such as what position should be placed and how many should be placed.
さらに、従来のワーク温度補正は三次元のXYZ方向の膨張差が考慮されていないという問題点があった。即ち、プロービング点のXYZ座標のそれぞれに、同一の温度補正係数を乗算すると、XYZ方向に一律に膨張しない場合には、正確な結果を得ることができない。 Furthermore, there is a problem that the conventional work temperature correction does not take into consideration the expansion difference in the three-dimensional XYZ directions. That is, when the XYZ coordinates of the probing point are multiplied by the same temperature correction coefficient, an accurate result cannot be obtained unless the expansion is uniform in the XYZ directions.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、測定した三次元座標を測定対象物の温度に応じて適切に補正する三次元測定機及び三次元測定方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a three-dimensional measuring machine and a three-dimensional measuring method that can appropriately correct the measured three-dimensional coordinates according to the temperature of the object to be measured. .
上記目的を達成するために三次元測定方法の一の態様は、測定センサによって測定対象物の測定位置の互いに直交する3軸方向の三次元座標を取得する測定対象物測定工程と、単一の温度センサによって測定対象物の温度を測定する温度測定工程と、基準測定対象物の複数の位置の設計値の三次元座標と複数の温度において基準測定対象物の複数の位置を測定した実測値の三次元座標との関係から、測定した温度における軸方向ごとの温度補正係数を取得する補正係数取得工程と、取得した温度補正係数を用いて測定位置の三次元座標を補正する補正工程と、を有する三次元測定方法である。 In order to achieve the above object, one aspect of the three-dimensional measurement method includes a measurement object measurement step of obtaining three-dimensional coordinates of the measurement position of the measurement object in mutually orthogonal three-axis directions using a measurement sensor; a temperature measurement step of measuring the temperature of the object to be measured by a temperature sensor; A correction coefficient acquisition step of acquiring a temperature correction coefficient for each axial direction in the measured temperature from the relationship with the three-dimensional coordinates, and a correction step of correcting the three-dimensional coordinates of the measurement position using the acquired temperature correction coefficients. It is a three-dimensional measurement method that has
本態様によれば、測定センサによって測定対象物の測定位置の三次元座標を取得し、単一の温度センサによって測定対象物の温度を測定し、軸方向ごとの温度補正係数を取得し、取得した温度補正係数を用いて測定位置の三次元座標を補正するようにしたので、測定した三次元座標を測定対象物の温度に応じて軸方向ごとに適切に補正することができる。 According to this aspect, the three-dimensional coordinates of the measurement position of the measurement object are acquired by the measurement sensor, the temperature of the measurement object is measured by the single temperature sensor, and the temperature correction coefficient for each axial direction is acquired. Since the three-dimensional coordinates of the measurement position are corrected using the calculated temperature correction coefficient, the measured three-dimensional coordinates can be appropriately corrected for each axial direction according to the temperature of the object to be measured.
補正係数取得工程は、複数の位置のうち測定位置に最も近い位置の温度補正係数を取得し、補正工程は、測定位置に最も近い位置の温度補正係数を用いて測定位置の三次元座標を補正することが好ましい。これにより、測定位置の三次元座標を適切に補正することができる。 The correction coefficient acquisition step acquires the temperature correction coefficient of the position closest to the measurement position among the plurality of positions, and the correction step corrects the three-dimensional coordinates of the measurement position using the temperature correction coefficient of the position closest to the measurement position. preferably. With this, it is possible to appropriately correct the three-dimensional coordinates of the measurement position.
補正係数取得工程は、基準測定対象物の複数の温度における複数の位置の実測値の三次元座標から測定した温度における複数の位置の実測値の三次元座標を補間する補間工程と、設計値の三次元座標と補間した実測値の三次元座標とから測定した温度における複数の位置の温度補正係数を算出する算出工程と、を有することが好ましい。これにより、測定した温度における複数の位置の温度補正係数を適切に取得することができる。 The correction coefficient acquisition step includes an interpolation step of interpolating the three-dimensional coordinates of the actual measurement values at a plurality of temperatures of the reference measurement object from the three-dimensional coordinates of the actual measurement values at the multiple locations at the multiple temperatures; and a calculating step of calculating temperature correction coefficients for a plurality of positions in the measured temperature from the three-dimensional coordinates and the three-dimensional coordinates of the interpolated measured values. With this, it is possible to appropriately acquire temperature correction coefficients at a plurality of positions in the measured temperature.
補間工程は、複数の温度によってそれぞれ分割された複数の温度区間のうち測定した温度を含む一区間を判定し、判定した一区間の上限温度における実測値の三次元座標及び下限温度における実測値の三次元座標を用いて測定した温度における複数の位置の実測値の三次元座標を直線補間することが好ましい。これにより、測定した温度における複数の位置の実測値の三次元座標を適切に補間することができる。 In the interpolation step, one section including the measured temperature is determined among a plurality of temperature sections divided by the plurality of temperatures, and the three-dimensional coordinates of the measured value at the upper limit temperature and the measured value at the lower limit temperature of the determined one section are determined. It is preferable to linearly interpolate the three-dimensional coordinates of the measured values at a plurality of positions in the temperature measured using the three-dimensional coordinates. As a result, it is possible to appropriately interpolate the three-dimensional coordinates of the measured values of the plurality of positions at the measured temperature.
上記目的を達成するために三次元測定機の一の態様は、測定対象物の測定位置の互いに直交する3軸方向の三次元座標を取得する測定センサと、測定対象物の温度を測定する単一の温度センサと、基準測定対象物の複数の位置の設計値の三次元座標と複数の温度において基準測定対象物の複数の位置を測定した実測値の三次元座標との関係を記憶する記憶部と、記憶された関係を読み出して温度センサが測定した温度における軸方向ごとの温度補正係数を取得する補正係数取得部と、取得した温度補正係数を用いて測定位置の三次元座標を補正する補正部と、を有する三次元測定機である。 In order to achieve the above object, one aspect of a three-dimensional measuring machine includes a measurement sensor for acquiring three-dimensional coordinates of a measurement position of an object to be measured in mutually orthogonal three-axis directions, and a unit for measuring the temperature of the object to be measured. A memory that stores the relationship between one temperature sensor, the three-dimensional coordinates of design values at a plurality of positions of the reference measurement object, and the three-dimensional coordinates of actual measurement values obtained by measuring a plurality of positions of the reference measurement object at a plurality of temperatures. a correction coefficient acquisition unit that reads the stored relationship and acquires temperature correction coefficients for each axial direction in the temperature measured by the temperature sensor; and corrects the three-dimensional coordinates of the measurement position using the acquired temperature correction coefficients. and a correction unit.
本態様によれば、測定した三次元座標を測定対象物の温度に応じて軸方向ごとに適切に補正することができる。 According to this aspect, the measured three-dimensional coordinates can be appropriately corrected for each axial direction according to the temperature of the object to be measured.
本発明によれば、測定した三次元座標を測定対象物の温度に応じて適切に補正することができる。 According to the present invention, it is possible to appropriately correct the measured three-dimensional coordinates according to the temperature of the object to be measured.
以下、添付図面に従って本発明の好ましい実施形態について詳説する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
<三次元測定機の構成>
図1は、本発明の一実施形態に係る三次元測定機10を示す図(斜視図及びブロック図)である。図2は、三次元測定機10の電気的構成を示すブロック図である。三次元測定機10は、測定対象物であるワークWの各測定ポイント(測定位置)の三次元座標(X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向の座標値)を測定して、ワークWの形状を演算する。ここでいうワークWの形状とは、ワークWの三次元形状、二次元形状、表面形状、輪郭形状、及び長さ又は径などの各種の寸法形状などが含まれる。
<Configuration of 3D measuring machine>
FIG. 1 is a diagram (perspective view and block diagram) showing a three-
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。本明細書において「三次元座標」とは、三次元測定機10の機械座標原点に基づく座標である。
Note that the X-axis, Y-axis, and Z-axis in FIG. 1 are a machine coordinate system that is determined based on a machine coordinate origin specific to the three-
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19が構成される。
As shown in FIG. 1, the three-
テーブル14の上面には、ワークWが配置されている。また、テーブル14の両端部の上面と側面とには、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。なお、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(図示せず)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軸方向に移動自在となる。
A workpiece W is placed on the upper surface of the table 14 . In addition, sliding surfaces on which the
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(図示せず)が設けられている。これにより、Xキャリッジ20はX軸方向に移動自在となる。
An
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。この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。
A Z carriage (also referred to as a Z spindle) 22 is attached to the
なお、三次元測定機10には、門型フレーム19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1駆動部26が設けられている。これにより、プローブヘッド24及び後述するラインセンサ32を、互いに直交する3軸方向(XYZ軸方向)に移動させることができる。
The three-
テーブル14の右Yキャリッジ16R側の端部には、Y軸リニアスケール(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軸リニアスケール(図示せず)が設けられている。
A Y-axis linear scale (not shown) is provided at the end of the table 14 on the
一方、右Yキャリッジ16Rには、Y軸リニアスケールを読み取るY軸検出部(図示せず)が設けられている。また、Xキャリッジ20には、X軸リニアスケール及びZ軸リニアスケールをそれぞれ読み取るX軸検出部(図示せず)とZ軸検出部(図示せず)とが設けられている。X軸検出部、Y軸検出部、及びZ軸検出部を含む各検出部28の検出結果は、コントローラ30を介してコンピュータ42へ出力される。
On the other hand, the
本実施形態では、測定センサとして非接触式プローブの一例であるラインセンサ32(3Dスキャナ)を用い、ワークWの形状を測定する。 In this embodiment, the shape of the workpiece W is measured using a line sensor 32 (3D scanner), which is an example of a non-contact probe, as a measurement sensor.
図3は、ラインセンサ32を着脱自在に保持しているプローブヘッド24の外観斜視図である。図3に示すように、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軸同時制御測定ヘッドである。このプローブヘッド24には、ラインセンサ32をそれぞれ互いに直交する2つの回転軸R1及び回転軸R2の軸周りに回転自在に保持及び回転させるモータなどの第2駆動部34(図2参照)が設けられている。これにより、プローブヘッド24は、ラインセンサ32の回転軸R1の軸周りの回転角φと、ラインセンサ32の回転軸R2の軸周りの回転角θとをそれぞれ無段階に調整することができる。その結果、プローブヘッド24は、ラインセンサ32の姿勢を任意に変位(回転)させることができる。
FIG. 3 is an external perspective view of the
なお、プローブヘッド24には、ラインセンサ32の回転角θ,φをそれぞれ検出するロータリエンコーダなどの回転角検出部(図示せず)が設けられている。この回転角検出部による検出結果は、コントローラ30を介してコンピュータ42へ出力される。回転角検出部は、各検出部28に含まれる。
The
図1及び図2の説明に戻り、三次元測定機10は、温度センサ36を備えている。温度センサ36は、ワークWの温度を測定するために用いられる。本実施形態では、1つの温度センサ36が、ワークWの形状測定に支障の無い位置にマグネットなどを用いて取り付けられる。
Returning to the description of FIGS. 1 and 2 , the three-
温度センサ36としては、サーミスタ、又は熱電対などを使用することができる。温度センサ36は、温度に応じて変化するアナログ信号をデジタルの電圧信号に変換し、コントローラ30に出力する。
A thermistor, a thermocouple, or the like can be used as the
コントローラ30は、三次元測定機10及びプローブヘッド24の動作を制御する制御装置である。コントローラ30は、コンピュータ42の制御の下、第1駆動部26及び第2駆動部34を制御して、ラインセンサ32の位置と姿勢とを変位させる。
The
また、コントローラ30には、ユーザが三次元測定機10を操作するための操作部38が設けられている。
The
さらに、コントローラ30には、前述の各検出部28、及びラインセンサ32などが接続されている。コントローラ30には、通信プロトコルとしてTCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol)を用いたLAN(Local Area Network)などの通信ネットワーク40を介して、コンピュータ42が接続されており、これら各部から出力された信号などをコンピュータ42へ出力する。
Further, the
コンピュータ42は、例えばパーソナルコンピュータなどの各種演算処理装置が用いられる。コンピュータ42は、記憶部44と、補正係数取得部46と、補正部48と、を備えている。記憶部44には、測定動作の指示及び測定結果を確認するソフトウェア44Aがインストールされている。コンピュータ42は、ソフトウェア44Aを実行し、三次元測定機10の各部の動作を統括的に制御する。
Various arithmetic processing units such as a personal computer are used as the
補正係数取得部46は、軸方向ごとの温度補正係数を取得する。補正部48は、温度補正係数を用いて測定位置の三次元座標を補正する。補正係数取得部46及び補正部48の詳細については後述する。
A correction
また、コンピュータ42は、コントローラ30を介して第1駆動部26及び第2駆動部34を制御し、ラインセンサ32によるワークWの測定位置の測定を実行させる。さらに、コンピュータ42は、ラインセンサ32によるワークWの測定位置の測定結果(三次元座標)などに基づき、ワークWの形状を演算する。
The
図4は、ラインセンサ32の概略構成を示した概略図である。図4に示すように、ラインセンサ32は、例えば三角測距方式を採用した拡散反射受光型のレーザ変位計(レーザプローブともいう)が用いられる。この拡散反射受光型のラインセンサ32は、入射部32aと検出部32bとを備える。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the
入射部32aは、半導体レーザ光源及び投光レンズ(図示せず)などにより構成されており、ワークWの測定位置にレーザ光LAを入射させる。測定位置に入射されたレーザ光LAは拡散反射され、拡散反射されたレーザ光LAは検出部32bに入射する。
The
検出部32bは、受光レンズと、CCD(Charge Coupled Device)型又はCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型の撮像素子(図示せず)とを含んで構成されており、測定位置にて拡散反射されたレーザ光LAを撮像素子の撮像面に入射させる。この撮像素子は、複数の画素が2次元配列された撮像面を有しており、画素ごとに光を検出する。この撮像面には、前述のレーザ光LAがスポット光として入射する。
The
ここで、撮像素子の撮像面上でのレーザ光LAの入射位置(スポット位置)は、ラインセンサ32と、レーザ光LAが拡散反射される測定位置との位置関係に応じて変位する。このため、撮像素子の画素ごとの受光量の検出結果に基づき、ラインセンサ32からレーザ光LAの反射点である測定位置までの距離を検出することができる。
Here, the incident position (spot position) of the laser beam LA on the imaging surface of the imaging element is displaced according to the positional relationship between the
検出部32bは、拡散反射されたレーザ光LAの検出結果として、撮像素子の画素ごとの受光量を示す受光信号を、コントローラ30を介してコンピュータ42へ出力する。これにより、コンピュータ42は、ラインセンサ32による距離検出結果と、前述の各検出部28の検出結果とに基づき、ワークWの測定位置の三次元座標を検出する。そして、ラインセンサ32をワークWの測定面に沿って移動させることにより、このラインセンサ32の移動方向に沿って測定面の各測定位置の三次元座標を連続して検出することができる。
The
<三次元測定方法>
三次元測定機10は、所定の室温(例えば20℃)の測定室内に設置されている。一方、ワークWは、加工直後の状態であったり、加工されてから他の部屋でしばらく放置された状態であったりする。このため、ワークWの温度が室温と同じ温度であるとは限らない。このため、三次元測定機10は、取得したワークWの測定位置の三次元座標をワークWの温度に応じて補正する。
<Three-dimensional measurement method>
A three-
図5は、ワークWを三次元測定機10で測定する三次元測定方法の処理を示すフローチャートである。図5に示すように、三次元測定方法は、補正係数取得工程(ステップS1)と、測定対象物測定工程(ステップS2)と、補正工程(ステップS3)と、を有する。
FIG. 5 is a flow chart showing processing of a three-dimensional measuring method for measuring the workpiece W with the three-
ステップS1では、三次元測定機10は、単一の温度センサ36によってワークWの温度を測定し、基準となるマスターワークWmの複数の位置の設計値の三次元座標と、複数の温度においてマスターワークWmの複数の位置を測定した実測値の三次元座標との関係から、測定した温度における三次元の温度補正係数を取得する。
In step S1, the three-
ステップS2では、三次元測定機10は、ワークWの形状測定を行う。ここでは、ラインセンサ32によってワークWの所望の測定位置の三次元座標を取得する。
In step S2, the three-
ステップS3では、三次元測定機10は、ステップS1で取得した温度補正係数を用いてステップS2で取得した三次元座標を補正する。
At step S3, the three-
ステップS1とステップS2とは、順序が逆でもよい。以下、各工程の詳細について説明する。 The order of step S1 and step S2 may be reversed. Details of each step will be described below.
〔ワーク温度補正ファイル取得処理〕
三次元測定機10は、ワーク温度補正ファイルを用いて取得した三次元座標を補正する。したがって、三次元測定機10は、予めワークWについてのワーク温度補正ファイルを取得する必要がある。ここでは、ワーク温度補正ファイルの取得処理について説明する。図6は、ワーク温度補正ファイルの取得処理を示すフローチャートである。
[Work temperature correction file acquisition process]
The three-
ステップS11では、コンピュータ42は、三次元測定を行うワークWの設計値を取得する。ワークWの設計値は、3D-CAD(3 Dimension-Computer Aided Design)(図示せず)から得られる既知情報である。コンピュータ42は、LANなどの通信ネットワークを介して3D-CADからワークWの設計値を取得する。また、コンピュータ42は、取得したワークWの設計値からワークWの点群について三次元測定機10の機械座標原点に基づく三次元座標に変換する。
In step S11, the
ステップS12では、ユーザが温度Tsi(i=1~n)を設定する。温度Tsiの最小値は、測定環境下で想定されるワークWの温度の最小値である。例えば、真冬にワークWを一晩放置した状態の温度とする。温度Tsiの最大値は、測定環境下で想定されるワークWの温度の最大値である。例えば、加工直後の状態の温度とする。温度Tsiは、この最小値と最大値との間を、例えば5℃ピッチなど、等間隔に設定する。ここでは、まず温度Ts1に設定する。 In step S12, the user sets temperature Ts i (i=1 to n). The minimum value of the temperature Tsi is the minimum value of the temperature of the workpiece W assumed under the measurement environment. For example, the temperature is the temperature in which the workpiece W is left overnight in the middle of winter. The maximum value of the temperature Tsi is the maximum value of the temperature of the workpiece W assumed under the measurement environment. For example, the temperature is the temperature immediately after processing. The temperature Tsi is set at regular intervals, such as 5° C. intervals, between the minimum and maximum values. Here, the temperature is first set to Ts1.
次に、測定するワークWと同形状及び同素材であり、所定の精度を満たすマスターワークWm(基準測定対象物の一例)を用意する。ステップS13では、マスターワークWmを恒温槽(図示せず)内に設置し、温度センサ取付位置の温度がステップS12で設定したTsiとなるように、マスターワークWmを加熱又は冷却する。ここでは、マスターワークWmが温度Ts1となるように、恒温槽の温度を設定する。 Next, prepare a master work Wm (an example of a reference measurement object) that has the same shape and material as the work W to be measured and that satisfies a predetermined accuracy. In step S13, the master work Wm is placed in a constant temperature bath (not shown), and the master work Wm is heated or cooled so that the temperature at the mounting position of the temperature sensor reaches Tsi set in step S12. Here, the temperature of the constant temperature bath is set so that the temperature of the master work Wm is Ts1 .
ステップS14では、温度センサ取付位置の温度がTsiとなったマスターワークWを20℃の測定室内の三次元測定機10のテーブル14の上に設置する。ここでは、マスターワークWmは温度Ts1となっている。
In step S14, the master work W whose temperature at the mounting position of the temperature sensor has reached Tsi is placed on the table 14 of the three-
ステップS15では、ラインセンサ32によってマスターワークWmの点群の実測値を取得する。ここでは、設計値の座標(X1,Y1,Z1)に対応する点の実測値(x11,y11,z11)、設計値の座標(X2,Y2,Z2)に対応する点の実測値(x21,y21,z21)、…、設計値の座標(Xj,Yj,Zj)に対応する点の実測値(xj1,yj1,zj1)、…、設計値の座標(Xm,Ym,Zm)に対応する点の実測値(xm1,ym1,zm1)を取得する。
In step S15, the
ステップS16では、全ての温度Ts1~Tsnにおいて測定を行ったか否かを判定する。全ての温度において測定を行った場合は本フローチャートの処理を終了する。ここでは、温度Ts1の測定のみを行ったので、ステップS12に戻り、温度をTs2に設定して同様の処理を行う。この処理を温度Tsnまで繰り返し行う。 In step S16, it is determined whether or not measurements have been performed at all temperatures Ts 1 to Ts n . If the measurements have been performed at all temperatures, the processing of this flow chart ends. Here, since only the temperature Ts1 was measured, the process returns to step S12, the temperature is set to Ts2 , and the same processing is performed. This process is repeated until the temperature Tsn .
コンピュータ42は、このように取得したマスターワークWmの複数の位置の設計値の三次元座標と複数の温度においてマスターワークWmの複数の位置を測定した実測値の三次元座標との関係をワーク温度補正ファイルとして記憶部44に記憶させる。また、コンピュータ42は、アプリケーション起動時に記憶部44からワーク温度補正ファイルを読み込み、メモリ(図示せず)上に保持する。
The
図7は、ワーク温度補正ファイルの一例を示す図である。また、図8は、設計値と実測値とを重ね合わせたイメージを示す図である。図8では、温度センサ取付位置を基準とした三次元的な差分をミリメートル単位に換算して濃淡で表している。 FIG. 7 is a diagram showing an example of a work temperature correction file. Moreover, FIG. 8 is a diagram showing an image in which the design values and the actual measurement values are superimposed. In FIG. 8, the three-dimensional difference based on the temperature sensor mounting position is converted into millimeters and represented by shading.
〔補正係数算出工程(ステップS1)〕
次に、補正係数算出工程の詳細について説明する。図9は、補正係数算出工程を示すフローチャートである。
[Correction coefficient calculation step (step S1)]
Next, the details of the correction coefficient calculation process will be described. FIG. 9 is a flow chart showing the correction coefficient calculation process.
まず、ユーザは、形状を測定するワークWを三次元測定機10のテーブル14に載置する。また、ワークWに温度センサ36を取り付ける。温度センサ36は1つである。温度センサ36を取り付ける位置は限定されない。
First, the user places the workpiece W whose shape is to be measured on the table 14 of the three-
ステップS21(温度測定工程の一例)では、コンピュータ42は、温度センサ36によってワークWの温度を測定する。温度センサ36によって測定された温度は、コントローラ30を介してコンピュータ42に入力される。測定した温度を、読取温度Tsとする。
In step S<b>21 (an example of the temperature measurement process), the
ステップS22では、コンピュータ42は、複数の温度Ts1~Tsnによってそれぞれ分割された複数の区間(温度区間の一例)のうちステップS21で取得した読取温度Tsを含む区間(一区間の一例)を判定する。ここでは、以下の式1を満たす整数kの値を取得し、Tsk~Tsk+1を読取温度Tsの区間とする。
In step S22, the
Tsk≦Ts≦Tsk+1 …(式1)
ステップS23(補間工程の一例)では、コンピュータ42は、読取温度Tsにおける実測値の三次元座標を補間し、直線補間実測値の座標(xjw,yjw,zjw)(j=1~m)を求める。ここでは、メモリ(図示せず)に保持されたワーク温度補正ファイルから上限温度Tsk+1における実測値の三次元座標及び下限温度Tskにおける実測値の三次元座標を読み出し、X座標xjw、Y座標yjw、及びZ座標zjwのそれぞれについて、以下の式2、式3、及び式4を用いて直線補間する。
Ts k ≤ Ts ≤ Ts k + 1 (Equation 1)
In step S23 (an example of the interpolation step), the
xjw={(xjk+1-xjk)/(Tsk+1-Tsk)}×(Ts-Tsk)+xjk…(式2)
yjw={(yjk+1-yjk)/(Tsk+1-Tsk)}×(Ts-Tsk)+yjk…(式3)
zjw={(zjk+1-zjk)/(Tsk+1-Tsk)}×(Ts-Tsk)+zjk…(式4)
このように、測定した温度における複数の位置の実測値の三次元座標を直線補間する。
xj w = {(xj k+1 −xj k )/(Ts k+1 −Ts k )}×(Ts−Ts k )+xj k (equation 2)
yj w = {(yj k+1 −yj k )/(Ts k+1 −Ts k )}×(Ts−Ts k )+yj k (equation 3)
zj w = {(zj k+1 −zj k )/(Ts k+1 −Ts k )}×(Ts−Ts k )+zj k (equation 4)
In this way, linear interpolation is performed on the three-dimensional coordinates of the measured values at a plurality of positions at the measured temperature.
ステップS24(算出工程の一例)では、補正係数取得部46は、読取温度Tsにおける複数の位置の軸方向ごとの温度補正係数を算出する。ここでは、以下の式5、式6、及び式7を用いて、X軸方向の温度補正係数βxj、Y軸方向の温度補正係数βyj、及びZ軸方向の温度補正係数βzj(j=1~m)をそれぞれ算出する。
In step S24 (an example of a calculation process), the correction
βxj=Xj/xjw …(式5)
βyj=Yj/yjw …(式6)
βzj=Zj/zjw …(式7)
即ち、設計値の三次元座標を補間した実測値の三次元座標で除算し、読取温度Tsにおける温度補正係数を算出する。
βxj=Xj/ xjw (Formula 5)
βyj=Yj/ yjw (Formula 6)
βzj=Zj/ zjw (Formula 7)
That is, the three-dimensional coordinate of the design value is divided by the three-dimensional coordinate of the actually measured value obtained by interpolating, and the temperature correction coefficient at the reading temperature Ts is calculated.
図10は、温度補正係数の一例を示す図である。ここでは、Ts2~Ts3が読取温度Tsの区間である例を示している。図10に示すように、直線補間実測値の座標(x1w,y1w,z1w)の点の温度補正係数(βx1,βy1,βz1)、直線補間実測値の座標(x2w,y2w,z2w)の点の温度補正係数(βx2,βy2,βz2)、…、直線補間実測値の座標(xjw,yjw,zjw)の点の温度補正係数(βxj,βyj,βzj)、…、直線補間実測値の座標(xmw,ymw,zmw)の点の温度補正係数(βxm,βym,βzm)それぞれが算出される。 FIG. 10 is a diagram showing an example of temperature correction coefficients. Here, an example is shown in which Ts 2 to Ts 3 is the section of read temperature Ts. As shown in FIG. 10, the temperature correction coefficients (βx1, βy1, βz1) at the coordinates (x1 w , y1 w , z1 w ) of the linear interpolation actual measurement values, the coordinates (x2 w , y2 w , y2 w , z2 w ) point temperature correction coefficients ( βx2 , βy2 , βz2 ), . , the temperature correction coefficients (βxm, βym, βzm) at the coordinates (xm w , ym w , zm w ) of the linearly interpolated measured values are calculated.
ステップS25では、補正係数算出を終了するか否かを判定する。補正係数算出を終了する場合は、本フローチャートの処理を終了する。一般的に、ワークWの温度の測定は0.1秒間隔などリアルタイムで行われる。したがって、補正係数も測定した温度に合わせて随時更新される。 In step S25, it is determined whether or not to end the correction coefficient calculation. When ending correction coefficient calculation, the processing of this flowchart ends. In general, the temperature of the workpiece W is measured in real time such as at intervals of 0.1 seconds. Therefore, the correction coefficient is also updated according to the measured temperature.
〔測定対象物測定工程(ステップS2)〕
ステップS2では、三次元測定機10は、ラインセンサ32によってテーブル14に載置されたワークWの所望の測定位置の互いに直交する3軸方向の三次元座標を取得する。以下において、三次元座標を取得した測定位置をプロービング点と呼ぶ。
[Measurement object measurement step (step S2)]
In step S<b>2 , the three-
〔補正工程(ステップS3)〕
次に、補正工程の詳細について説明する。図11は、補正工程を示すフローチャートである。
[Correction step (step S3)]
Next, details of the correction process will be described. FIG. 11 is a flow chart showing the correction process.
ステップS31では、ステップS2で取得したプロービング点の三次元座標がコンピュータ42に入力される。ここでは、三次元座標が(Xp,Yp,Zp)であるとする。 At step S31, the three-dimensional coordinates of the probing points obtained at step S2 are input to the computer . Here, it is assumed that the three-dimensional coordinates are (Xp, Yp, Zp).
ステップS32では、コンピュータ42は、プロービング点近傍を探索し、直線補間実測値の座標(xjw,yjw,zjw)(j=1~m)の点のうち、ステップS31で入力されたプロービング点との距離が最も近い点を決定する。
In step S32, the
ステップS33では、補正部48は、ステップS32で決定した直線補間実測値の座標(xjw,yjw,zjw)の点の温度補正係数βxj、βyj、及びβzjを用いてプロービング点を温度補正する。即ち、以下の式8、式9、及び式10を用いて、プロービング点をX軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向にそれぞれ温度補正した点の座標(Xc,Yc,Zc)を算出する。
In step S33, the
Xc=βxj×Xp …(式8)
Yc=βyj×Yp …(式9)
Zc=βzj×Zp …(式10)
コンピュータ42は、温度補正された複数のプロービング点の三次元座標に基づいて、ワークW形状を演算する。
Xc=βxj×Xp (Formula 8)
Yc=βyj×Yp (Formula 9)
Zc=βzj×Zp (Equation 10)
The
このように、三次元の温度補正係数を用いてプロービング点の三次元座標を互いに直交する3軸方向(X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向)にそれぞれ補正する。したがって、真冬にワークWを一晩放置してワークWの温度が低い状態であっても、また、加工直後でワークWの温度が高い状態であっても、ワークWの形状を正確に測定することが可能となる。 In this way, the three-dimensional coordinates of the probing point are corrected in three mutually orthogonal directions (X-axis direction, Y-axis direction, and Z-axis direction) using the three-dimensional temperature correction coefficients. Therefore, the shape of the work W can be accurately measured even when the temperature of the work W is low because the work W is left overnight in the middle of winter, or even when the temperature of the work W is high immediately after processing. becomes possible.
<その他>
ここでは、非接触式の測定センサであるラインセンサを用いる例を説明した。ラインセンサを用いることで、多点の高速測定が可能であり、測定対象となる点群の数が多い場合に短時間で効率よく想定することができる。また、接触式では傷が発生してしまうような素材であっても適切な測定が可能である。
<Others>
Here, an example using a line sensor, which is a non-contact measurement sensor, has been described. By using a line sensor, high-speed measurement of multiple points is possible, and when there are a large number of point groups to be measured, it is possible to estimate them efficiently in a short time. In addition, it is possible to perform appropriate measurements even on materials that would otherwise be damaged by the contact method.
本実施形態は、接触式の測定センサである接触式プローブを用いる態様も可能である。接触式プローブを用いることで、精度の高い測定が可能となる。 This embodiment can also employ a contact-type probe, which is a contact-type measurement sensor. Using a contact probe enables highly accurate measurement.
本実施形態では、マスターワークを用いたワーク温度補正ファイル取得処理、及びワークの形状測定をともにラインセンサを用いて行ったが、これらは異なる測定センサを用いて行ってもよい。ワーク温度補正ファイル取得処理は、ワークの形状測定に用いる測定センサと測定精度が同じ、又はそれ以上の測定精度を有する測定センサを用いることが好ましい。 In this embodiment, the work temperature correction file acquisition process using the master work and the shape measurement of the work are both performed using the line sensor, but these may be performed using different measurement sensors. In the workpiece temperature correction file acquisition process, it is preferable to use a measurement sensor having the same measurement accuracy as or higher than the measurement accuracy of the measurement sensor used to measure the shape of the workpiece.
本発明の技術的範囲は、上記の実施形態に記載の範囲には限定されない。各実施形態における構成などは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各実施形態間で適宜組み合わせることができる。 The technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. Configurations and the like in each embodiment can be appropriately combined between each embodiment without departing from the gist of the present invention.
10…三次元測定機
12…架台
14…テーブル
16L…キャリッジ
16R…キャリッジ
18…ガイド
19…門型フレーム
20…キャリッジ
22…キャリッジ
24…プローブヘッド
26…第1駆動部
28…検出部
30…コントローラ
32…ラインセンサ
32a…入射部
32b…検出部
34…第2駆動部
36…温度センサ
38…操作部
40…通信ネットワーク
42…コンピュータ
44…記憶部
44A…ソフトウェア
46…補正係数取得部
48…補正部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
単一の温度センサによって前記測定対象物の温度を測定する温度測定工程と、
前記測定対象物と同形状及び同素材である 基準測定対象物の複数の位置の設計値の三次元座標と複数の温度において前記基準測定対象物の前記複数の位置を測定した実測値の三次元座標との関係から、前記測定した温度における前記軸方向ごとの温度補正係数を取得する補正係数取得工程と、
前記取得した温度補正係数を用いて前記測定位置の三次元座標を補正する補正工程と、
を有する三次元測定方法。 a measuring object measuring step of acquiring three-dimensional coordinates of the measuring position of the measuring object in mutually orthogonal three-axis directions by the measuring sensor;
a temperature measurement step of measuring the temperature of the measurement object with a single temperature sensor;
Same shape and same material as the object to be measured From the relationship between the three-dimensional coordinates of the design values of the plurality of positions of the reference measurement object and the three-dimensional coordinates of the measured values of the plurality of positions of the reference measurement object at the plurality of temperatures, the a correction coefficient obtaining step of obtaining a temperature correction coefficient for each axial direction;
a correction step of correcting the three-dimensional coordinates of the measurement position using the acquired temperature correction coefficient;
A three-dimensional measurement method having
前記補正工程は、前記測定位置に最も近い位置の温度補正係数を用いて前記測定位置の三次元座標を補正する請求項1に記載の三次元測定方法。 The correction coefficient acquisition step acquires a temperature correction coefficient of a position closest to the measurement position among the plurality of positions,
2. The three-dimensional measuring method according to claim 1, wherein the correcting step corrects the three-dimensional coordinates of the measuring position using a temperature correction coefficient of a position closest to the measuring position.
前記基準測定対象物の前記複数の温度における前記複数の位置の実測値の三次元座標から前記測定した温度における前記複数の位置の実測値の三次元座標を補間する補間工程と、
前記設計値の三次元座標と前記補間した実測値の三次元座標とから前記測定した温度における前記複数の位置の温度補正係数を算出する算出工程と、
を有する請求項2に記載の三次元測定方法。 The correction coefficient acquisition step includes:
an interpolation step of interpolating the three-dimensional coordinates of the measured values at the plurality of positions at the measured temperature from the three-dimensional coordinates of the measured values at the plurality of temperatures of the reference measurement object;
a calculation step of calculating temperature correction coefficients for the plurality of positions at the measured temperature from the three-dimensional coordinates of the design values and the three-dimensional coordinates of the interpolated measured values;
The three-dimensional measurement method according to claim 2, comprising:
前記測定対象物の温度を測定する単一の温度センサと、
前記測定対象物と同形状及び同素材である 基準測定対象物の複数の位置の設計値の三次元座標と複数の温度において前記基準測定対象物の前記複数の位置を測定した実測値の三次元座標との関係を記憶する記憶部と、
前記記憶された関係を読み出して前記温度センサが測定した温度における前記軸方向ごとの温度補正係数を取得する補正係数取得部と、
前記取得した温度補正係数を用いて前記測定位置の三次元座標を補正する補正部と、
を有する三次元測定機。 a measurement sensor that acquires three-dimensional coordinates of the measurement position of the measurement object in mutually orthogonal three-axis directions;
a single temperature sensor for measuring the temperature of the measurement object;
Same shape and same material as the object to be measured a storage unit that stores a relationship between three-dimensional coordinates of design values of a plurality of positions of a reference measurement object and three-dimensional coordinates of actual measurement values obtained by measuring the plurality of positions of the reference measurement object at a plurality of temperatures;
a correction coefficient acquisition unit that reads out the stored relationship and acquires a temperature correction coefficient for each axial direction at the temperature measured by the temperature sensor;
a correction unit that corrects the three-dimensional coordinates of the measurement position using the acquired temperature correction coefficient;
3D measuring machine.
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