JPH0213243B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、被測定物の形状、寸法等を三次元的
に移動可能な測定子で測定する三次元測定機に係
り、特にその測定に用いられる装置に関する。

一般に、三次元測定機は、三次元すなわち直交
三軸のＸ，Ｙ及びＺ軸方向に移動自在に形成され
た測定子を被測定物の測定箇所へ順次当接させ、
この測定子の移動変位量からその形状、寸法等を
測定するものである。

このような三次元測定機では、Ｘ，Ｙ，Ｚ各軸
方向の変位を検知するため、各軸方向にそれぞれ
光電式、電磁式等の測長検出器が設けられ、この
検出器の出力信号により測定子が測定点に当接し
た瞬間の値が順次付属のコンビユータ等によつて
記憶され、この記憶データから被測定物の形状、
寸法等が演算処理されるよう構成されている。こ
の際、前記当接の瞬間の値を正確にとらえるため
に、測定子は測定箇所に当接した瞬間に電気信号
を発生するように形成されており、通常このよう
な測定子はタツチ信号センサと呼ばれている。

ところで、三次元測定機においては、複雑な形
状の被測定物を能率よく測定するために絶対座標
系のほか任意測定面に好適な座標系、いわゆる任
意座標系を選定できるようにされている。この場
合、両座標系を相互に座標変換できる機能が設け
られており、これにより例えば異なる座標系で求
められた孔の中心間の寸法をも測定できるように
されている。また、任意座標系ごとに測定子を測
定機本体に対し適宜傾斜等させても容易に座標変
換ができるようにそれぞれの座標系に共通の固定
点すなわち三座標軸の直交するいわゆる原点が設
けられている。

従つて、従来の三次元測定機においては、上述
の機能を十分に発揮させるべく、測定子の先端が
球状とされ、かつ、これに対応される円錐状の凹
部を有する基準ブロツクが用いられている。すな
わち、測定テーブル上に基準ブロツクが固定さ
れ、この基準ブロツクの凹部に測定子の球状先端
が当接されることにより、当該球の中心が基準原
点として仮想設定されている。このため、測定子
が測定面に当接されたときの測定座標値は、前記
原点からの測定子の移動変位量そのものではな
く、球の半径相当の長さを加えるという補正をす
る必要がある。

このように、従来の測定方法では、球形測定子
の球の半径部を補正する必要があることから、測
定子の球の表面上のいずれの箇所で測定面に当接
するかによつて測定値に誤差が生ずることとな
る。すなわち、測定子の球状先端を支持するステ
ーの軸線又はこの軸線に直交する軸線に所定の角
度を有する軸線上にある球の表面で測定面に当接
した場合は、その補正すべき値は球の半径分その
ものではなく、球の半径に前記角度の正弦もしく
は余弦の値を乗じた値でなければならず、一方、
当接角度がにわかには測定できないものであるか
ら、このような球の任意の点で測定面に当接する
測定は事実上不可能であつた。

従つて、従来は、測定子の軸線又はこの軸線と
直交する軸線が測定面に垂直となるように測定子
を測定面に当接させなければならず、測定子の１
回の当接では当該測定面の１つの座標軸上の値が
求められるだけである。このため、測定子の軸線
に対し、必ずしもこの軸線と同方向もしくはこれ
に直交する方向のみの測定面のみから構成されて
いるのではない自由曲面の測定は、従来の方法で
は測定できなかつた。

一方、測定子の先端を尖鋭にして測定面との当
接部を点にした場合には、当接する方向の如何に
拘わらず、１回の当接で当該測定箇所の３つの座
標軸上の値を同時に求められることとなる。しか
しながら、従来、三次元測定機において、その座
標変換機能を維持しながら、自由曲面を測定でき
る方法及びその装置は開発されていない。これ
は、三座標軸原点を確実かつ迅速に検出すること
ができなかつたことに起因している。

ところで、従来方法においても測定子の先端を
尖鋭としたいわゆるポンチング測定子あるいはけ
がき測定子と呼ばれる測定子が周知であるが、こ
れらとてその使用態様は１つの座標軸方向に限ら
れているものであつた。

上述のような事情から、三次元測定機の本来的
目的である三座標値の同時測定の確立が強く望ま
れている。

本発明の目的は、絶対座標系と任意座標系との
相互変換機能を損うことなく、三次元座標を同時
に検知でき、従つて、被測定物の自由曲面をも正
確かつ能率よく測定しうる三次元測定機の測定方
法用装置を提供するにある。

本発明は、互いに直交して一点で交わる凹状の
直交三平面部に同時に接触可能な球面の曲率中心
は、前記交点に対して常に一定であることに着目
してなされたものである。

すなわち、本発明の測定方法用装置は、互いに
直交して一点で交わる凹状の直交三平面部を有す
る基準ブロツクと、先端にポイント状極小接触部
を有するとともにこの接触部を含む軸線が任意の
方向に設定可能な測定子と、この測定子先端に着
脱自在に設けられ、且つ前記基準ブロツクの直交
三平面部に同時に接触可能な球面を有する半球体
と該半球体にポイント状の測定子先端が球の中心
位置に設置されるべく測定子を案内するガイド部
材とを備える原点検出用アダプタと、を備えて構
成されたものである。

このような本発明においては、測定子先端に取
り付けられた原点検出用アダプタを基準ブロツク
の直交三平面部に同時に当接させることにより、
基準ブロツクの交点つまり直交三軸の原点に対す
る測定子先端の座標が検出され、この座標を測定
子の原点とすることで測定子による測定点の直交
三軸座標の原点が、測定子の向きに係わらず容易
かつ正確に検知される。

また、測定時には前記アダプタを取り外してポ
イント状極小接触部とされた測定子先端を被測定
物に当接させることにより、測定点の直交三軸座
標が正確かつ同時に検出され、これらにより前記
目的が達成される。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

三次元的に移動可能な三次元測定機の本体１に
はプローブ２が回動可能に軸支されており、この
プローブ２には測定子３が着脱可能に取付けられ
ている。この測定子３の先端部形状は円錐状とな
つており先端にはポイント状極小接触部４が形成
され、このポイント状の先端が被測定物５の測定
点に当接される。

一方、先端がポイント状に形成された測定子３
が取付けられるプローブ２の測定基準点すなわち
座標原点を決めるには、第２図に示されるごと
く、測定子３の先端形状に合致する凹部６を備え
た球状ブロツク本体７と、この球状ブロツク本体
７の凹部６が測定子３の軸線方向に合致する様に
球状ブロツク本体７を回動自在に保持している基
準ブロツク８とを用いて行うことが考えられる。
この際、測定子３の向きがどの方向であつても原
点が変わらない為には、球状ブロツク本体７の凹
部６の加工は非常に精度良く加工され、測定子３
を球状ブロツク本体７の凹部６へ挿入した際に、
確実に測定子３の先端が球状ブロツク本体７の中
心に位置していなければならない。

しかし、現実には、測定子３の先端はニードル
状に仕上げられており、これに合わせて測定子３
の先端が球状ブロツク本体７の中心に位置する様
凹部６を加工することは極めて困難である。従つ
て、実際の使用にあつては、第３図に示される実
施例のような原点検出用アダプタ９が用いられ
る。

原点検出用アダプタは、球の中心を含む平面で
二分割された半球体１０の平面部分に、ガイド部
材としての中筒１１を中心を合わせて立設固着し
て構成されている。原点検出時には、前述の測定
子３にこの原点検出用アダプタ９を挿入すると共
に、第４図及び第６図に示されるごとき、互いに
内側に向う三平面が直交して一点で交差している
凹状の基準ブロツク１２を用いる。

このような本実施例を用いた三次元測定機の測
定方法を次に説明する。

被測定物５の自由曲面に合わせて測定子３の軸
線を適当な向き、例えばＸ，Ｙ，Ｚ軸に対し各々
55度近辺の向きとなる様にプローブ２の向きを調
節する。次に、原点検出用アダプタ９を測定子３
の先端に挿入し、原点検出用アダプタ９の半球体
１０の球面部を基準ブロツク１２の三平面にそれ
ぞれ当接させる。この際、あらかじめ、半球体１
０の半径を正確に測定したデータを三次元測定機
に付帯して設けられているコンピユータ等に入力
しておくことにより、測定子３のポイン状極小接
触部４の位置を原点として検知する。

次に、測定子３から原点検出用アダプタ９を取
り去り、測定子３のポイント状極小接触部４を被
測定物５の測定点に当接させて、当接点のＸ，
Ｙ，Ｚ軸座標を同時に検知する。

同一方向の自由曲面や平面上を測定する場合
は、前述の原点検出を一度行えば、その後プロー
ブ２の向きを変える必要はないが、第５図のごと
く反対側の面を測定したい場合は、測定子３の向
きを変えなければ先端が被測定物５に当接しない
為測定できない。そこで本実施例では、基準ブロ
ツク１２の向きを測定台上（図示されていない）
にて任意の向きに変えられる様考慮された治具を
用いる。これは、基準ブロツク１２の三平面のう
ち測定台上に平行な平面を除く他の二面から、そ
れぞれ原点検出用アダプタ９の半球体１０の半径
Ｒ分だけ内側に入つた点を含む測定台上に直角な
仮想中心線１３を中心として回動するようになつ
ており、この様にすることにより基準ブロツク１
２の向きをどこに向けても測定子３の先端ポイン
ト位置が変わることなく測定できる（第７図参
照）。

前述のごとき本実施例によれば、測定子３の先
端形状を被測定物当接面がポイント状となる様ニ
ードル形状とするとともに、測定子３の向きを任
意の向きに設定可能とし、原点検出用アダプタ９
及び基準ブロツク１２を利用して原点を３軸座標
同時に検知できる様にしたので、被測定物５の測
定点の直交三軸座標を同時に検知できる。

この様に一回の接触で同時に三軸座標を検知で
きる為、測定作業の迅速化、精度向上が図れる。
さらに各当接点を連続的に検知しながら測定子３
を移動させて行けば、従来アナログ式で行なつて
いた輪郭測定機としても利用できる。

原点検出用アダプタ９は、半球体１０に円筒１
１を立設固着する形状としたので、製造が簡単で
しかも正確に測定子３の先端位置を決めることが
できる。

さらに、基準ブロツク１２に前述のような細工
を施せば、測定子３の向きに関係なく原点を一定
位置に保つことも可能であり、演算機能あるいは
換算ベース等を設ける必要もなく、測定準備のわ
ずらわしさも軽減される。

なお、前記実施例においては測定子３の先端は
円錐状としたが、これは三角錐等の多角錐形状で
も良く、また原点検出用アダプタ９のガイド部材
として円筒１１を用いたが、これも測定子３の中
心が半球体１０の中心に合致する様にガイドされ
るものであれば筒状のものでもあるいは測定子３
の周面に接触するように配置された複数本の棒状
のものでもよい。さらに、基準ブロツク１２の三
平面交点を中心として基準ブロツク１２を回動さ
せたい場合は半球体１０の半径Ｒ分だけ演算させ
ることにより任意の向きに基準ブロツク１２を向
けることができる。また、第８図に示されるよう
に、直交三軸の交点すなわち零点を中心として点
対称となる直交三面を二つ有する基準ブロツク１
４を用いれば、第９図に示されるように、180度
異なる方向、例えば第９図中第１象限と第３象限
から零点に向う一直線上の矢印Ａ，Ｂの方向から
の測定が可能になる。さらに、前記実施例ではプ
ローブ２が折曲げ可能に設けられているが、実施
にあたり、プローブ２と測定子３との間で折曲げ
可能にするなど他の構造でもよい。

前述のごとく本発明によれば、自由曲面上の測
定点を三軸座標同時に検知できる三次元測定機の
測定方法用装置を提供できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る測定方法用装置の一実施
例を示す三次元測定機の測定子近傍部分正面図、
第２図は本発明に係る測定方法用装置の原点検出
方法の原理説明用の一部断面正面図、第３図は本
発明の測定方法用装置の一実施例を示す一部断面
正面図、第４図は第３図の原点検出状態を示す斜
視図、第５図は第１図の被測定物及び測定点が異
る場合を示す正面図、第６図は本発明の測定方法
用装置による応用例である測定子方向を変えた時
の原点検出用基準ブロツクを示す斜視図、第７図
は第６図の動作説明図、第８図は本発明の測定方
法用装置の他の実施例を示す要部の斜視図、第９
図は第８図の動作説明図である。 ２…プローブ、３…測定子、４…ポイント状極
小接触部、５…被測定物、９…原点検出用アダプ
タ、１０…半球体、１１…ガイド部材としての円
筒、１２，１４…基準ブロツク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 互いに直交して一点で交わる凹状の直交三平
   面部を有する基準ブロツクと、 先端にポイント状極小接触部を有するとともに
   この接触部を含む軸線が任意の方向に設定可能な
   測定子と、 この測定子先端に着脱自在に設けられ、且つ前
   記基準ブロツクの直交三平面部に同時に接触可能
   な球面を有する半球体と該半球体にポイント状の
   測定子先端が球の中心位置に設置されるべく測定
   子を案内するガイド部材とを備える原点検出用ア
   ダプタと、 を備えたことを特徴とする三次元測定機の測定方
   法用装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、測定子はそ
   の先端のポイント状極小接触部がニードル状とな
   つていることを特徴とする三次元測定機の測定方
   法用装置。