JP2001099641A - 表面形状測定方法 - Google Patents
表面形状測定方法Info
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- JP2001099641A JP2001099641A JP31575399A JP31575399A JP2001099641A JP 2001099641 A JP2001099641 A JP 2001099641A JP 31575399 A JP31575399 A JP 31575399A JP 31575399 A JP31575399 A JP 31575399A JP 2001099641 A JP2001099641 A JP 2001099641A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、接触式プローブの中心座標を計測
するのと同時にプローブ外周の３点以上の表面座標を即
座に読み取り接触点近傍の面法線を即座に求めることを
目的としている。 【解決手段】 接触式座標測定用プローブに３つ以上の
非接触式変位計をプローブの軸に対して同心円上に取り
付け、プローブ先端の周囲３点以上の座標値を計測する
ようにし、接触式プローブの中心座標を計測するのと同
時にプローブの周囲３点以上の表面座標を読み取ること
で接触点付近の面法線を求め、プローブ半径分オフセッ
トして接触点の座標を即座に求める如くした表面形状測
定方法。
するのと同時にプローブ外周の３点以上の表面座標を即
座に読み取り接触点近傍の面法線を即座に求めることを
目的としている。 【解決手段】 接触式座標測定用プローブに３つ以上の
非接触式変位計をプローブの軸に対して同心円上に取り
付け、プローブ先端の周囲３点以上の座標値を計測する
ようにし、接触式プローブの中心座標を計測するのと同
時にプローブの周囲３点以上の表面座標を読み取ること
で接触点付近の面法線を求め、プローブ半径分オフセッ
トして接触点の座標を即座に求める如くした表面形状測
定方法。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、３次元座標を計測
し、その測定点の座標の集合から物体形状を生成する表
面形状測定方法に関する。
し、その測定点の座標の集合から物体形状を生成する表
面形状測定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】３次元座標を計測し、その測定点の座標
の集合から物体形状を生成する方法は良く知られてい
る。図７のような直交する３軸の直動部を有する３次元
測定機２０を用いる場合が多い。３次元座標計測用の接
触式プローブ２１を図８のような形状とすると、物体表
面に図１０の如く、測定点ａ１，ａ２，ａ３に接触し、
図１１の如くフィットする曲面２２を生成し、図１２の
ようなオフセット曲面２３を生成する。接触したときの
接触部分の座標は式１のようにして求められる。 （式１） Ｐ＝Ｐａ＋Ｒ・ｎ Ｐ：接触点の座標 Ｒ：プローブの半径 ｐａ：プローブ球の中心座標 ｎ：接触点における単位法線ベクトル 平面で構成されるような形状の場合、表面形状の法線ベ
クトルは簡単に求めることができる。一方、自由曲面で
構成される形状の場合、形状を再現する為には計測点を
増やして表面形状を取り込む必要がある。これらの計測
点から、面の法線方向を推測して、接触部分の座標の集
合として立体形状を復元する。
の集合から物体形状を生成する方法は良く知られてい
る。図７のような直交する３軸の直動部を有する３次元
測定機２０を用いる場合が多い。３次元座標計測用の接
触式プローブ２１を図８のような形状とすると、物体表
面に図１０の如く、測定点ａ１，ａ２，ａ３に接触し、
図１１の如くフィットする曲面２２を生成し、図１２の
ようなオフセット曲面２３を生成する。接触したときの
接触部分の座標は式１のようにして求められる。 （式１） Ｐ＝Ｐａ＋Ｒ・ｎ Ｐ：接触点の座標 Ｒ：プローブの半径 ｐａ：プローブ球の中心座標 ｎ：接触点における単位法線ベクトル 平面で構成されるような形状の場合、表面形状の法線ベ
クトルは簡単に求めることができる。一方、自由曲面で
構成される形状の場合、形状を再現する為には計測点を
増やして表面形状を取り込む必要がある。これらの計測
点から、面の法線方向を推測して、接触部分の座標の集
合として立体形状を復元する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら複雑な形
状の場合、数万点以上の計測を行う必要があり、手動計
測では多大な労力を必要とする。また、正確な表面形状
を再現する為にプローブ形状と接触点を考慮してオフセ
ット曲面などを生成する必要がある。多数の計測点か
ら、オフセット曲面を生成する為に必要な法線ベクトル
の生成は以下のようにして行うのが一般的である。ま
ず、多数の測定点（プローブの中心座標）から最小二乗
法などによってフィットする曲面を生成する。次に生成
した曲面の法線ベクトルにそって被測定物体の内部方向
にプローブの半径だけオフセットした曲面を生成する。
この曲面が物体の表面形状と一致すると仮定して測定値
とする。上述により、従来の接触式３次元測定機による
自由曲面形状の計測は、自由曲面、オフセット曲面を生
成可能なソフトウェアが必要である。また、プローブを
手動で操作して任意の計測ポイントへ移動し、ワーク表
面へ接触させ即座に座標値を求めることができない。す
なわち、計測のリアルタイム性が必要な場合にはオフセ
ット曲面生成の為の計測とソフトウェア処理の作業が必
要なため適用不可能であるという問題点があった。
状の場合、数万点以上の計測を行う必要があり、手動計
測では多大な労力を必要とする。また、正確な表面形状
を再現する為にプローブ形状と接触点を考慮してオフセ
ット曲面などを生成する必要がある。多数の計測点か
ら、オフセット曲面を生成する為に必要な法線ベクトル
の生成は以下のようにして行うのが一般的である。ま
ず、多数の測定点（プローブの中心座標）から最小二乗
法などによってフィットする曲面を生成する。次に生成
した曲面の法線ベクトルにそって被測定物体の内部方向
にプローブの半径だけオフセットした曲面を生成する。
この曲面が物体の表面形状と一致すると仮定して測定値
とする。上述により、従来の接触式３次元測定機による
自由曲面形状の計測は、自由曲面、オフセット曲面を生
成可能なソフトウェアが必要である。また、プローブを
手動で操作して任意の計測ポイントへ移動し、ワーク表
面へ接触させ即座に座標値を求めることができない。す
なわち、計測のリアルタイム性が必要な場合にはオフセ
ット曲面生成の為の計測とソフトウェア処理の作業が必
要なため適用不可能であるという問題点があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は上記問題点を解
決することを目的とし、接触式座標測定用プローブに３
つ以上の非接触式変位計をプローブの軸に対して同心円
上に取り付け、プローブ先端の周囲３点以上の座標値を
計測するようにし、接触式プローブの中心座標を計測す
るのと同時にプローブの周囲３点以上の表面座標を読み
取ることで接触点付近の面法線を求め、プローブ半径分
オフセットして接触点の座標を即座に求める如くしたこ
とを特徴とする。
決することを目的とし、接触式座標測定用プローブに３
つ以上の非接触式変位計をプローブの軸に対して同心円
上に取り付け、プローブ先端の周囲３点以上の座標値を
計測するようにし、接触式プローブの中心座標を計測す
るのと同時にプローブの周囲３点以上の表面座標を読み
取ることで接触点付近の面法線を求め、プローブ半径分
オフセットして接触点の座標を即座に求める如くしたこ
とを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１乃至図
６に示した一実施例に基づいて詳細に説明する。接触式
座標測定用プローブ１に３つ以上の非接触式変位計２，
３，４をプローブ１の軸に対して同心円上に取り付け、
プローブ先端の周囲３点以上の座標値を計測するように
したものを示す。接触式プローブ１の中心座標を計測す
るのと同時にプローブ１の周囲３点以上の表面座標を読
み取ることで接触点付近の面法線を求め、プローブ１半
径分オフセットして接触点の座標を即座に求めることが
できる。
６に示した一実施例に基づいて詳細に説明する。接触式
座標測定用プローブ１に３つ以上の非接触式変位計２，
３，４をプローブ１の軸に対して同心円上に取り付け、
プローブ先端の周囲３点以上の座標値を計測するように
したものを示す。接触式プローブ１の中心座標を計測す
るのと同時にプローブ１の周囲３点以上の表面座標を読
み取ることで接触点付近の面法線を求め、プローブ１半
径分オフセットして接触点の座標を即座に求めることが
できる。
【０００６】プローブ接触点付近の法線方向は次の手順
によって求められる。図４乃至図６に示す３つの非接触
式変位計２，３，４を同心円上に配置した場合、それぞ
れの計測された座標値をｍｌ，ｍ２，ｍ３とすると、２
つのベクトルａ，ｂが求められる。この２つのベクトル
を含む平面の法線方向は外積ａ×ｂ ただし、ａ＝ｍ２−ｍ３ ｂ＝ｍ３−ｍ１ によって求められる。これをスカラで割り、正規化する
と ｎ＝ａ×ｂ／｜ａ×ｂ｜ よって計測値から、形状表面の座標値は以下のようにな
る。 Ｐ＝Ｐａ＋Ｒ・ｎ なお、非接触変位計の配置は、プローブ先端が計測点の
なす３角形の内側にあればよく、正三角形である必要は
ない。又、プローブ先端形状は球以外の場合でも適用可
能である。
によって求められる。図４乃至図６に示す３つの非接触
式変位計２，３，４を同心円上に配置した場合、それぞ
れの計測された座標値をｍｌ，ｍ２，ｍ３とすると、２
つのベクトルａ，ｂが求められる。この２つのベクトル
を含む平面の法線方向は外積ａ×ｂ ただし、ａ＝ｍ２−ｍ３ ｂ＝ｍ３−ｍ１ によって求められる。これをスカラで割り、正規化する
と ｎ＝ａ×ｂ／｜ａ×ｂ｜ よって計測値から、形状表面の座標値は以下のようにな
る。 Ｐ＝Ｐａ＋Ｒ・ｎ なお、非接触変位計の配置は、プローブ先端が計測点の
なす３角形の内側にあればよく、正三角形である必要は
ない。又、プローブ先端形状は球以外の場合でも適用可
能である。
【０００７】
【発明の効果】本発明は、接触式座標測定用プローブに
３つ以上の非接触式変位計をプローブの軸に対して同心
円上に取り付け、プローブ先端の周囲３点以上の座標値
を計測するようにし、接触式プローブの中心座標を計測
するのと同時にプローブの周囲３点以上の表面座標を読
み取ることで接触点付近の面法線を求め、プローブ半径
分オフセットして接触点の座標を即座に求めることがで
きるので、３次元複雑形状を計測する場合必要だった曲
面処理ソフトウェアが不要になり、データ処理の工程が
省略できるので計測を簡単に行うことができる。法線方
向を求める為の多点計測を行う必要がない為、従来の方
式と比べて少ない測定点数で正確な表面形状を再現でき
る。
３つ以上の非接触式変位計をプローブの軸に対して同心
円上に取り付け、プローブ先端の周囲３点以上の座標値
を計測するようにし、接触式プローブの中心座標を計測
するのと同時にプローブの周囲３点以上の表面座標を読
み取ることで接触点付近の面法線を求め、プローブ半径
分オフセットして接触点の座標を即座に求めることがで
きるので、３次元複雑形状を計測する場合必要だった曲
面処理ソフトウェアが不要になり、データ処理の工程が
省略できるので計測を簡単に行うことができる。法線方
向を求める為の多点計測を行う必要がない為、従来の方
式と比べて少ない測定点数で正確な表面形状を再現でき
る。
【図１】本発明の一実施例正面図である。
【図２】図１の外観斜視図である。
【図３】図１の作用説明正面図である。
【図４】図３のプローブと測定点の上面図である。
【図５】図４の作用説明平面図である。
【図６】図５の作用説明平面図である。
【図７】従来の３軸直動部を有する３次元測定機の外観
斜視図である。
斜視図である。
【図８】図７のウローブ正面図である。
【図９】計測用プローブと測定面を示す図である。
【図１０】測定値の補正方法を示す図である。
１ 接触式座標測定用プローブ ２，３，４ 非接触式変位計 Ｐ 接触点の座標 Ｒ プローブの半径 Ｐ１ プローブ球の中心座標 ｎ 接触点における単位法線ベクトル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F069 AA04 AA66 DD15 GG01 GG04 GG35 GG58 GG59 GG62 GG64 HH01 HH09 JJ00 LL02 NN00
Claims (1)
- 【請求項１】 接触式座標測定用プローブに３つ以上の
非接触式変位計をプローブの軸に対して同心円上に取り
付け、プローブ先端の周囲３点以上の座標値を計測する
ようにし、接触式プローブの中心座標を計測するのと同
時にプローブの周囲３点以上の表面座標を読み取ること
で接触点付近の面法線を求め、プローブ半径分オフセッ
トして接触点の座標を即座に求める如くした表面形状測
定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31575399A JP2001099641A (ja) | 1999-09-30 | 1999-09-30 | 表面形状測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31575399A JP2001099641A (ja) | 1999-09-30 | 1999-09-30 | 表面形状測定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001099641A true JP2001099641A (ja) | 2001-04-13 |
Family
ID=18069143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31575399A Pending JP2001099641A (ja) | 1999-09-30 | 1999-09-30 | 表面形状測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001099641A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004535580A (ja) * | 2001-07-16 | 2004-11-25 | ベルス・メステヒニーク・ゲーエムベーハー | 表面特性の測定方法及び座標測定装置 |
| JP2006317200A (ja) * | 2005-05-11 | 2006-11-24 | Canon Inc | 表面形状測定装置 |
| JP2010523959A (ja) * | 2007-04-03 | 2010-07-15 | ストレステック，オウ | ゴニオメータ |
| WO2013121595A1 (ja) * | 2012-02-15 | 2013-08-22 | 三菱重工業株式会社 | 法線検出方法、法線検出装置および法線検出機能を備えた加工機 |
| US20130226513A1 (en) * | 2012-02-29 | 2013-08-29 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Normal-line detection method, normal-line detection device, and machine tool having normal-line detection function |
| CN107121113A (zh) * | 2017-04-24 | 2017-09-01 | 上海现代先进超精密制造中心有限公司 | 基于三坐标的大口径、复杂自由曲面元件的检测方法 |
| JP2023171824A (ja) * | 2018-06-20 | 2023-12-05 | フィズィーク・インストゥルメンテ（ペーイー）ゲーエムベーハー・ウント・コー．カーゲー | センサプローブ組立体 |
-
1999
- 1999-09-30 JP JP31575399A patent/JP2001099641A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004535580A (ja) * | 2001-07-16 | 2004-11-25 | ベルス・メステヒニーク・ゲーエムベーハー | 表面特性の測定方法及び座標測定装置 |
| JP2006317200A (ja) * | 2005-05-11 | 2006-11-24 | Canon Inc | 表面形状測定装置 |
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| WO2013121595A1 (ja) * | 2012-02-15 | 2013-08-22 | 三菱重工業株式会社 | 法線検出方法、法線検出装置および法線検出機能を備えた加工機 |
| JP2013167508A (ja) * | 2012-02-15 | 2013-08-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 法線検出方法、法線検出装置および法線検出機能を備えた加工機 |
| EP2827098A4 (en) * | 2012-02-15 | 2015-12-30 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | NORMAL DETECTION METHOD, NORMAL DETECTION DEVICE AND MACHINING MACHINE WITH NORMAL DETECTION FUNCTION |
| US10132624B2 (en) | 2012-02-15 | 2018-11-20 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Normal detection method, normal detection device, and machining machine provided with normal detection function |
| US20130226513A1 (en) * | 2012-02-29 | 2013-08-29 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Normal-line detection method, normal-line detection device, and machine tool having normal-line detection function |
| JP2013181758A (ja) * | 2012-02-29 | 2013-09-12 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 法線検出方法、法線検出装置および法線検出機能を備えた加工機 |
| US9619433B2 (en) * | 2012-02-29 | 2017-04-11 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Normal-line detection method, normal-line detection device, and machine tool having normal-line detection function |
| CN107121113A (zh) * | 2017-04-24 | 2017-09-01 | 上海现代先进超精密制造中心有限公司 | 基于三坐标的大口径、复杂自由曲面元件的检测方法 |
| JP2023171824A (ja) * | 2018-06-20 | 2023-12-05 | フィズィーク・インストゥルメンテ（ペーイー）ゲーエムベーハー・ウント・コー．カーゲー | センサプローブ組立体 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20060726 |