JP4093111B2 - ワークの精度測定装置と精度測定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークの形状精度を測定する技術に関する。特に、治具を用いてワークを位置決めし、位置決めされたワークの測定対象箇所を位置測定装置で測定することによって、ワーク基準に基づいて設定されているワーク座標系によって、測定対象箇所の座標値を求める技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
ワークに形成されている特定箇所の位置を測定し、その特定箇所とワーク基準との相対位置関係を求めることがしばしば必要とされる。例えば正方形の板にボルト穴が形成されているワークについて、そのボルト穴の位置を測定し、その正方形の縦横の2辺に対するボルト穴の位置を求めることがしばしば必要となる。通常は、ワークに基準点を設けておく。例えば、正方形のワークの一辺の両端位置に正基準と副基準を設けておき、その基準に基づいてワーク座標系を設定しておく。例えば、正基準を座標原点とし、x軸が副基準を通る直交座標系をとる。そのワーク座標系でボルト穴の位置を測定しておくと、正基準と副基準に対するボルト穴の位置関係が得られ、これが所望の位置に一致しているか否かを判定することが可能となり、一致していなければ所望位置からのずれ量とずれ方向を測定することが可能となる。その結果、ワークを加工する金型等を修正する必要性の有無を判定し、修正の必要がある場合には修正量と修正方向を知ることが可能となる。
【0003】
測定対象箇所の位置座標を測定する位置測定装置が発達しており、先端に接触センサを設けた移動アームの先端を測定対象箇所に接触させることで測定対象箇所の位置座標を測定する接触式の位置測定装置や、測定対象箇所にレーザを照射することによって反射するレーザから測定対象箇所の位置座標を測定する非接触式の位置測定装置や、CCDカメラによってワークを撮影して得られた画像から測定対象箇所の位置座標を計測する画像処理装置等が知られている。
上記の位置測定装置はそれ自体の座標系を持ち、位置測定装置の座標系(第1座標系)で測定結果を出力する。
位置測定装置に対してワークを移動不能に固定し、その位置測定装置によってワークの正基準と副基準と測定対象箇所の位置を測定すれば、正基準と副基準に基づいて設定されているワーク座標系(第3座標系)によって、測定対象箇所の座標値を測定することができる。
しかしながら位置測定装置による測定結果には誤差が伴うために、位置測定装置によってワークの正基準と副基準と測定対象箇所の位置を測定する方式では、必要な精度が得られないことがある。ワーク基準を測定する際に誤差が入り、測定対象箇所を測定する際に誤差が入るために、ワーク座標系によって測定対象箇所の座標値を求める過程で誤差が複合されてしまう。特に、測定対象箇所がワークの正基準と副基準よりも外方に位置していると、測定対象箇所の近傍では正基準と副基準の測定誤差が拡大して影響することになる。
そこで現状では、ワークを移動不能に固定する治具に「治具位置測定用基準」を設けておき、ワークの正基準と副基準を直接測定する代わりに、「治具位置測定用基準」を位置測定装置によって測定している。「治具位置測定用の2つの基準」を大きく隔てた位置に設けておくことによって、ワークの正基準と副基準を直接測定するよりも高い精度でワークの正基準と副基準の位置を求めることができる。例えば全長600mmの治具の両端に「治具位置測定用の2つの基準」を設けておくと、治具に保持されたときに治具の両端から200mm内側に位置するワークの正基準と副基準を直接測定するよりも測定誤差が小さくなる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
治具の「ワーク位置決め用基準」が「治具位置測定用基準」に対して正確に配置されておらず、あるべき位置との間にずれを生じていた場合には、「治具位置測定用基準」を測定してもワークの基準点の位置を正確に求めることができない。ワーク基準点は、治具の「ワーク位置決め用基準」によって位置決めされて固定されるが、治具の「ワーク位置決め用基準」が「治具位置測定用基準」に対してずれている場合には、治具の「ワーク位置決め用基準」で位置決めされるワークの基準点も、治具上のずれた位置に位置決めされる。この結果、ワーク全体が治具上のあるべき位置からずれて位置決めされる。
位置測定装置は、ワーク座標系を定めるワークの基準点を直接測定する代わりに、治具の「治具位置測定用基準」を測定する。その測定結果から、治具に固定されたワーク基準点のあるべき位置を求め、求められたワーク基準点の位置からワーク座標系が定義される。しかし、ワークが治具上で「治具位置測定用基準」に対してずれた位置に位置決めされて固定されると、「治具位置測定用基準」の測定結果から求められるワーク基準点の位置と、実際のワーク基準点の位置との間にはずれが生じ、「治具位置測定用基準」測定結果から、実際のワーク基準点に基づいたワーク座標系を設定することができない。
以上の理由から、ワークの形状精度を測定するために用いられる治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が、あるべき位置に正確に作成されていることが必要とされる。従来の技術では、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が正確に製作されている必要があるために、治具の製作コストが高価であり、また、治具の製作に長時間を要していた。
特許文献1等に位置測定技術が開示されているが、治具の「治具位置測定用基準」に対する「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が所定のものからずれている場合には、ワークの基準点に対するワークの測定対象箇所の相対位置関係を正確に測定することができない。
【0005】
【特許文献1】
特開平10−82630号公報
【0006】
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、治具の「治具位置測定用基準」に対する「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係の精度が少々甘くても、ワークの基準点とワークの測定対象箇所の相対位置関係を正確に知ることができるワークの精度測定装置と精度測定方法を提供する。本発明のワークの精度測定装置と精度測定方法によれば、治具に関する要求精度が緩和され、治具を安価に短時間で製作することができるようになる。
【0007】
【課題を解決するための手段と作用】
請求項1のワークの精度測定装置は、治具と、位置測定装置と、第1記憶手段と、第2記憶手段と、変換式確定手段と、座標変換手段と、偏差出力手段を備えている。治具は、少なくとも3箇所の「治具位置測定用基準」と少なくとも3箇所の「ワーク位置決め用基準」が設けられており、ワークに設けられている「治具で位置決めされる基準」を前記「ワーク位置決め用基準」に当接させることによってワークを位置決めする。位置測定装置は、前記治具の「治具位置測定用基準」の位置及び前記治具によって位置決めされているワークの測定対象箇所の位置を、自身に固定された第1座標系(位置測定装置の座標系)で測定する。第1記憶手段は、前記治具内における「ワーク位置決め用基準」の位置を、前記治具の「治具位置測定用基準」に固定された第2座標系における座標値で記憶している。第2記憶手段は、前記ワーク内における前記測定対象箇所のあるべき位置を、前記ワークの「治具で位置決めされる基準」に固定された第3座標系における座標値で記憶している。座標変換手段は、前記位置測定装置によって測定された前記ワークの測定対象箇所の第1座標系における座標値を、前記変換式確定手段で確定された座標変換式を用いて、第3座標系における座標値に変換する。偏差出力手段は、前記座標変換手段によって変換された前記ワークの測定対象箇所の第3座標系における座標値と、前記第2記憶手段に記憶されている前記ワークの測定対象箇所のあるべき位置の第3座標系における座標値との間の偏差を出力する。
【0008】
本発明では、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が予め定められた基準位置関係と同一になるように正確に製作されていることを要求しない。代わりに、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が予め測定され、その相対位置関係が既知となっていればよい。
治具は、位置測定装置に対して相対変位不能に保持されて用いられる。この治具の「ワーク位置決め用基準」にワークの「治具で位置決めされる基準」が位置決めされてワークが治具に固定される。
位置測定装置は治具の「治具位置測定用基準」の位置を測定し、測定結果を自身が持つ座標系で出力する。更に位置測定装置は、ワークの測定対象箇所の位置を測定し、測定結果を自身の持つ座標系で出力する。
変換式確定手段は、上記の測定結果を入力する。治具の「治具位置測定用基準」を位置測定装置の座標系で測定した結果から、治具が保持されている位置を位置測定装置に固定された第1座標系で表わすことができる。治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が第1記憶手段に記憶されているので、ワークの「治具で位置決めされる基準」に基づいて設定されている第3座標系(ワーク座標系)と、位置測定装置に固定された第1座標系との関係が明らかになる。即ち、位置測定装置に固定された第1座標系での座標値と第3座標系(ワーク座標系)での座標値との間で座標変換するための変換式を確定することができる。
座標変換手段は、前記変換式によって、測定対象箇所の座標値を、位置測定装置に固定された第1座標系によるものから第3座標系(ワーク座標系)での座標値に変換する。座標変換によって得られたワークの測定対象箇所の第3座標系(ワーク座標系)における座標値は、位置測定装置に対する治具の位置のずれや、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係のずれによって影響を受けることがない。ワークの基準点とワークの測定対象箇所の相対位置関係を表している。
本発明の精度測定装置によって、「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が予め定められている基準位置関係からずれている治具を用いた場合にも、ワークの基準点とワークの測定対象箇所の相対位置関係を正確に知ることができる。
偏差出力手段は、前記変換式によって変換されたワークの測定対象箇所の第3座標系における座標値と、第2記憶手段に記憶されているワークの測定対象箇所のあるべき位置の第3座標系における座標値との間の偏差を出力する。それにより、測定対象箇所の実際の位置とあるべき位置との偏差を得ることができる。得られた偏差からワークの形状精度を評価することでき、ワークを加工する金型等を修正する必要があるかないか等を判定することができ、修正が必要な場合には修正量と修正方向を知ることができる。
【0009】
上記した精度測定装置では、前記少なくとも3箇所の「治具位置測定用基準」が、前記治具に設けられた互いに直交する3つの平面を含むことがこのましい。また、前記少なくとも3箇所の「ワーク位置決め用基準」が、前記治具に設けられた3つの平面及びその3つの平面のうちの2つに設けられた2本のピンを含むことがこのましい。
【0010】
本発明は、ワークの精度測定方法にも具現化される。この精度測定方法は、少なくとも3箇所の「治具位置測定用基準」と少なくとも3箇所の「ワーク位置決め用基準」を用い、ワークに設けられている「治具で位置決めされる基準」を前記「ワーク位置決め用基準」に当接させることによって前記ワークを位置決めする工程と、位置測定装置を用い、前記治具の「治具位置測定用基準」の位置及び前記治具によって位置決めされているワークの測定対象箇所の位置を、前記位置測定装置に固定された第1座標系で測定する工程と、コンピュータに、前記治具内における前記「ワーク位置決め用基準」の位置を、前記治具の「治具位置測定用基準」に固定された第2座標系における座標値で記憶させる工程と、前記コンピュータに、前記ワーク内における前記測定対象箇所のあるべき位置を、前記ワークの「治具で位置決めされる基準」に固定された第3座標系における座標値で記憶させる工程と、前記コンピュータが、前記位置測定装置によって測定された「治具位置測定用基準」の第1座標系における座標値と、記憶している前記治具の「ワーク位置決め用基準」の第2座標系における座標値を用いて、第1座標系と第3座標系との間で座標変換する座標変換式を確定する工程と、前記コンピュータが、前記位置測定装置によって測定された前記ワークの測定対象箇所の第1座標系における座標値を、前記座標変換式を用いて、第3座標系における座標値に変換する工程と、前記コンピュータが、前記座標変換式によって得た前記ワークの測定対象箇所の第3座標系における座標値と、記憶している前記ワークの測定対象箇所のあるべき位置の第3座標系における座標値との間の偏差を出力する工程を備えている。
【0011】
本発明のワークの精度測定方法によると、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が予め定められた基準位置関係に正確に製作されていない場合にも、ワークの基準点とワークの測定対象箇所の相対位置関係を正確に知ることができる。
【0012】
さらに、本発明のワークの精度測定方法によると、ワークの測定対象箇所が実際にある位置とあるべき位置の偏差が出力され、測定対象箇所のあるべき位置からのずれ量とずれ方向を知ることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下に説明する実施例の主要な特徴を次に列記する。
(形態1)治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の位置が精密三次元位置測定装置によって測定され、相対位置関係が既知となっている。
(形態2)治具の「治具位置測定用基準」を位置測定装置で測定した結果に基づいて、位置測定装置の座標系とワーク座標系との間で座標変換する装置は、コンピュータである。
【0014】
【実施例】
以下に、本発明のワークの精度測定装置と精度測定方法を具体化した実施例を添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図1に、実施例の精度測定装置2の全体を模式的に示す。本実施例の精度測定装置2は、位置測定装置40と、治具20と、コンピュータ60を備えており、ワーク10の形状に関する精度を測定する。
【0015】
位置測定装置40は、ベース54を備えている。ベース54は、精度測定作業中、移動不能に固定される。ベース54から支柱52が伸び、支柱52の先端から可動アーム50,48,46,44が直列に接続されている。支柱52とアーム50、アーム50とアーム48、アーム48とアーム46、アーム46とアーム44の間は、回転可能なジョイントで接続されており、アーム50,48,46,44によって1本の多関節のアームが構成されている。アーム44の先端には、接触センサ42が配置されている。
位置測定装置40が持つ座標系は直交座標系であって、ベース54に支柱52が固定されている位置に座標原点が定義されており、支柱52に沿ってC軸が採られている。位置測定装置40が持つ座標系をA,B,C座標系という。アーム50,48,46,44を接続するジョイントの回転によって、接触センサ42はA,B,C方向に移動可能であり、接触センサ42の先端の位置をA,B,C座標系での座標値で出力する。
コンピュータ60は、位置測定装置40による測定結果(A,B,C座標系での座標値)を入力するほか、記憶媒体70からCADデータをはじめとする位置に関するデータを読み込んでデータの比較や座標変換等の演算処理を行うことができる。又、位置測定装置40による測定結果や座標変換結果等を、記憶媒体70や他のコンピュータやプリンタに出力することもできる。
【0016】
治具20は、精度測定作業時に、位置測定装置40に対して相対変位不能に保持されて用いられる。治具20は、四角形の平板にワーク位置決め用基準が配置されて構成されている。四角形の平板の前面32と、左側面34と、上面36の3面は、治具20の位置測定用の基準面となるように、いずれも平坦度が高く互いに直交するように精度高く加工されている。
治具20の上面36には、ワーク位置決め用基準となる微少面積を有する3つのワーク位置決め用基準面26,28,30と、2本で1対となるワーク位置決め用基準ピン22,24が設けられている。微少面積を有する3つのワーク位置決め用基準面26,28,30は、治具20の上面36上に固定された3本の部材のそれぞれの上面に形成されている。ワーク位置決め基準面26上に、ワーク10を位置決めする正基準ピン22が固定されており、位置決め基準面30上に、ワーク10を位置決めする副基準ピン24が固定されている。正基準ピン22と副基準ピン24は、ワーク10の離れた位置を位置決めできるように、離れた位置に配置されている。正基準ピン22と副基準ピン24の水平方向の断面は円形となっている。
【0017】
治具20の治具位置測定用基準面32、34,36に対する、ワーク位置決め用基準面26,28,30と、正基準ピン22と副基準ピン24の相対位置関係は、位置測定装置40よりも正確に測定できる精密三次元位置測定装置によって予め測定されている。
即ち、基準面32と基準面36の交線をD軸、基準面34と基準面36の交線をE軸、基準面32と基準面34の交線をF軸とする直交座標系(治具座標系)において、正基準ピン22と副基準ピン24のD,E座標値と、位置決め用基準面26,28,30のF座標値が精密に測定されている。
【0018】
ワーク10は、治具20の正基準ピン22で位置決めされる正基準穴12と、治具20の副基準ピン24で位置決めされる副基準穴14と、治具20の位置決め用基準面26,28,30で位置決めされる位置決め基準面17,18,19を備えている。
ワーク10の正基準穴12は、治具20の正基準ピン22にぴったり嵌るサイズであり、治具の正基準ピン22にワーク10の正基準穴12が嵌ると、両者の位置関係は一致する。治具の正基準ピン22とワーク10の正基準穴12は、ワーク10の正基準穴12の治具座標系でのD,E座標値を、正基準ピン22のD,E座標値に一致させる。
【0019】
治具20の正基準ピン22と副基準ピン24の位置関係が予め定められている基準位置関係からずれていても、治具20の正基準ピン22にワーク10の正基準穴12が嵌り、治具20の副基準ピン24にワーク10の副基準穴14が嵌るように、副基準穴14は長穴状に伸び、一方向に小さなゆとりが確保されている(図4ではゆとりを著しく拡大して表示している)。ワーク10の副基準穴14は長穴状であり、その短径は副基準ピン24の直径に等しい。
【0020】
本実施例では、ワーク10の正基準穴12と副基準穴14と位置決め基準面17,18,19は、ワーク10が治具20によって位置決めされる基準であると同時に、ワーク座標系G,H,Iを定めている。ワーク座標系G,H,Iは、正基準穴12の中心を原点とし、正基準穴12と副基準穴14を結ぶ線分13からθだけ時計方向に回転した線分がG軸とされ、位置決め基準面17,18,19で形成される面内でG軸に直交する方向にH軸がとられ、G軸とH軸に直交する方向にI軸がとられている。
【0021】
ワーク10の正基準穴12が治具20の正基準ピン22に挿入され、ワーク10の副基準穴14が治具20の副基準ピン24に挿入され、ワーク10の位置決め基準面17が治具20のワーク位置決め用基準面26に当接し、ワーク10の位置決め基準面18が治具20のワーク位置決め用基準面28に当接し、ワーク10の位置決め基準面19が治具20のワーク位置決め用基準面30に当接すると、ワーク10は治具20に対して回転不能で平行移動不能に固定される。長穴状の副基準穴14は、正基準穴12と副基準穴14を結ぶ線分13の治具座標系D,E,Fにおける方位を決定する。即ち、ワーク10の正基準ピン22の回りの回転を規制して、治具座標系のD軸と、ワーク座標系のG軸がなす角度を一定に位置決めする。
治具20の正基準ピン22と副基準ピン24の距離が基準距離と異なる場合、副基準ピン24は副基準穴14の長径方向に移動して位置決めされる。正確にいうと、正基準ピン22と副基準ピン24の距離が基準距離からずれていると、治具座標系のD軸とワーク座標系のG軸がなす角度が一定に位置決めされないことがある。しかしながらその角度誤差は小さく、多くの場合には無視することができる。
治具座標系のD軸とワーク座標系のG軸がなす角度が一定に位置決めされないことによる影響が無視できない場合には、治具座標系における正基準ピン22のD,E座標値と、副基準ピン24のD,E座標値とから、治具座標系のD軸とワーク座標系のG軸が基準角度から回転する角度を計算することができ、その角度を反映した座標変換式を求めることができる。
図5は、正基準ピン22と副基準ピン24が基準位置にあるときに位置決めされるワーク10の位置と、正基準ピン22と副基準ピン24が基準位置からずれたときに位置決めされるワーク10の位置を示し(添え字aが付されている)、正基準ピン22のD,E座標値と、副基準ピン24のD,E座標値とから、ワーク10が回転する角度αを幾何学的に計算できることを示している。
【0022】
ワーク10が治具20によって位置決めされると、治具20の基準面32、34,36に対する位置決め用基準面26,28,30と正基準ピン22と副基準ピン24の相対位置関係が正確に測定されているために、治具座標系D,E,Fと、ワーク座標系G,H,Iの関係が判明する。両者間で座標変換するための変換式が確定する。図4がそれを図式的に示しており、治具座標系D,E,Fと、ワーク座標系G,H,Iの関係が一意に決定される。図4の場合、図示の簡単のために、治具座標系のF軸とワーク座標系のI軸が平行であるように図示されているが、平行しなくてもかまわない。
【0023】
図2は、ワーク10の精度測定に先立って行われる準備処理の詳細手順を示している。本実施例では、位置測定装置40よりも測定精度の高い精密三次元位置測定装置を用いて、治具20の治具位置測定用基準面32,34,36と、ワーク位置決め用基準22,24,26,28,30の位置を測定して、治具座標系でのワーク位置決め用基準22,24,26,28,30の座標値を求めておく。この測定作業では、温度湿度が制御された測定室に治具20を静置し、精密三次元位置測定装置を用いて測定する。
ステップS30では、治具位置測定用基準である治具20の基準面32,34,36の位置が精密三次元位置測定装置によって測定される。ここでは、それぞれの基準面上のできる限り離れた3点またはそれ以上の点を測定する。測定結果は、精密三次元位置測定装置が持つ座標系で得られる。それぞれの面について測定された3点の位置座標によって基準面32,34,36の位置が測定される。ステップS32では、精密三次元位置測定装置によって、ワーク位置決め用基準である正基準ピン22と副基準ピン24の中心の座標と、位置決め基準面26,28,30の座標を測定する。測定結果は、精密三次元位置測定装置が持つ座標系で得られる。
ステップS34では、ステップS30で得られた治具位置測定用基準面32,34,36の測定結果から、精密三次元位置測定装置の座標系と、治具座標系(D,E,F)の関係を確定する。ついで、ステップS32で得られたワーク位置決め用基準22,24,26,28,30の精密三次元位置測定装置の座標系での座標値を座標変換して治具座標系での座標値に変換する。
座標変換された正基準ピン22の治具座標系での座標値(DE面内での座標値D1、E1)と、副基準ピン24の座標値(DE面内での座標値D2、E2)と、基準面26の座標値(F軸方向の座標値F3)と、基準面28の座標値(F軸方向の座標値F4)と、基準面30の座標値(F軸方向の座標値F5)は、記憶媒体70に記憶される。
治具位置測定用基準面32,34,36に基づいて決定される治具座標系におけるワーク位置決め用基準22,24,26,28,30の座標値は、記憶媒体70に記憶される。
【0024】
治具位置測定用基準面32,34,36に対するワーク位置決め用基準22,24,26,28,30の位置関係が測定され、ワーク位置決め用基準22,24,26,28,30の治具座標系での座標値が既知の治具20を利用して、ワーク10の精度が測定される。その測定手順を図3に示す。
【0025】
ステップS40では、記憶媒体70に予め記憶されている、ワーク10のあるべき形状を示すCADデータをコンピュータ60に読み込む。CADデータは、ワーク10の位置決め基準12,14,17,17,19に基づいて設定されているワーク座標系(G,H,I)で作成されている。ワーク10のCADデータから、測定対象箇所16のワーク座標系(G,H,I)での基準座標値(測定対象箇所16のあるべき位置の座標値)が読み出される。
【0026】
ステップS42では、治具20を位置測定装置40に対して相対移動できないように保持する。治具20は位置測定装置40によって位置を測定することができる範囲内に保持される。
ステップS44では、位置測定装置40によって、治具位置測定用基準である治具20の基準面32、34,36の位置を測定する。それぞれの基準面においてできる限り離れた3点以上の点を測定し、測定点の座標から基準面32、34,36の位置を求める。求められた基準面32,34,36の位置は、位置測定装置40自身の持つA,B,C座標系での座標値で記述され、コンピュータ60に送られる。
【0027】
ステップS46では、コンピュータ60によって、ステップS44で測定した基準面32,34,36のA,B,C座標系での座標値と、ステップS34で記憶したD,E,F座標系におけるワーク位置決め用基準22,24,26,28,30の座標値(D1,E1),(D2,E2),F3,F4,F5を利用し、治具20で位置決めされるワーク10の治具によって位置決めされる基準12,14,17,18,19のA,B,C座標系での座標値を計算する。
ステップS48では、治具20で位置決めされるワーク10のワーク座標系(G,H,I座標系)と、位置測定装置40の座標系(A,B,C座標系)間での変換式を確定する。位置測定装置40の座標系(A,B,C座標系)での治具の位置が判明しており(ステップS44)、治具座標系(D,E,F座標系)でのワーク位置決め基準22,24,26,28,30の位置が判明しており(ステップS34)、その位置決め基準22,24,26,28,30でワーク10が位置決めされることから、ワーク座標系(G,H,I座標系)と、位置測定装置40の座標系(A,B,C座標系)の関係が一意に決定され、両者間の変換式が確定される。図4がそれを図式的に示しており、位置測定装置40の座標系(A,B,C座標系)と、ワーク座標系(G,H,I座標系)の関係が一意に決定される。図4の場合、図示の簡単化のために、位置測定装置の座標系のC軸とワーク座標系のI軸が平行であるように図示されているが、回転していてもかまわない。
【0028】
図3のステップS50では、実際のワーク10を治具20によって位置決めする。ワーク10の正基準穴12が治具20の正基準ピン22に挿入され、副基準穴14が副基準ピン24に挿入されると、ワーク10の位置決め基準面17が治具20のワーク位置決め用基準面26に当接し、位置決め基準面18がワーク位置決め用基準面28に当接し、位置決め基準面19がワーク位置決め用基準面30に当接する。治具20によって位置決めされたワーク10の基準穴12,14と基準面17,18,19の位置測定装置40の座標系(A,B,C座標系)での座標値は、ステップS46で求められた座標値と一致する。
【0029】
ステップS52で、位置測定装置40によって測定対象箇所16の位置が測定される。測定結果の座標値(A16,B16,C16)は、コンピュータ60に送られる。測定結果はA,B,C座標系での座標値として得られており、コンピュータ60は、ステップS48で計算した座標変換式を用いて、ワーク座標系の座標値(G16,H16,I16)に変換する(ステップS54)。座標値(G16,H16,I16)はワーク10の正基準穴12と副基準穴14と基準面17,18,19に対する測定対象箇所16の相対位置関係を表している。
【0030】
ステップS56で、測定対象箇所16の位置の精度が評価される。ここでは、ステップS40で読み込まれたCADデータが示す測定対象箇所16のあるべき位置の座標値(基準座標値)との偏差が計算されて出力される。偏差の大小からワーク10の形状に関する精度の良否や、ワーク10を加工した金型等の評価が行われる。即ち、修正する必要があるのか否かが判別され、修正する必要があるときには修正量と修正方向が判明する。
この実施例では、測定対象箇所16の測定結果をワーク座標系の座標値(G16,H16,I16)に変換し、測定対象箇所16のあるべき位置をワーク座標系で記述している基準座標値と比較して偏差を計算する。その逆に、測定対象箇所16のあるべき位置をワーク座標系で記述している基準座標値を位置測定装置の座標系に変換し、測定対象箇所16の測定結果(位置測定装置の座標系での座標値)と比較して偏差を計算してもよい。両者は数学的に等価である。
【0031】
ステップS58では、次に精度測定を行うワークがあるか否かを判定し、測定するワークがある場合はステップS50に戻って次のワークの測定を行う。測定するワークがない場合には、測定処理は終了となる。
【0032】
本実施例におけるワークの精度測定装置と精度測定方法では、治具の「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が予め精密三次元位置測定装置によって測定されて既知となっている。位置測定装置は自身の持つ座標系で治具の「治具位置測定用基準」の位置を測定する。コンピュータは、位置測定装置に対する治具の位置と、治具上の基準点同士の相対位置関係から、治具の「ワーク位置決め用基準」によって位置決めされるワークの基準点の位置を位置測定装置の座標系で求める。ワークの基準点の位置が、位置測定装置の座標系の座標値として明らかになることから、位置測定装置の座標系での座標値をワークの基準点に基づいて設定されているワーク座標系の座標値に座標変換することが可能となる。位置測定装置が測定したワークの測定結果は、位置測定装置の座標系での座標値からワーク座標系での座標値に座標変換される。座標変換によって得られたワークの測定対象箇所の座標値は、ワーク基準点からの相対位置関係を表しており、ワーク自体の形状の評価や、ワークを加工した金型等の評価に用いられる。
本実施例の精度測定装置と測定方法によれば、「治具位置測定用基準」と「ワーク位置決め用基準」の相対位置関係が厳密に仕上げられていない治具によってワークを位置決めした場合でも、治具の基準同士のずれに影響を受けずにワークの精度評価を行うことができる。
【0033】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。例えば、治具の治具位置測定用基準は面で構成されるだけでなく、2個以上の位置決め穴や位置決めピンを利用して形成することができる。又、3次元の位置測定装置は、接触式の測定装置に代えて、CCDカメラを用いた位置測定装置や、レーザ変位計を用いた位置測定装置を用いることもできる。
治具とワークの位置決め方法は、治具に対するワークの平行移動と回転移動を拘束することができ、位置測定装置による測定に支障がなければ、位置決め基準の位置や形状は任意に設定することができる。また、測定対象箇所には制約がなく、例えば測定対象品の輪郭に測定対象箇所をおけば、ワークの輪郭の精度を測定することもできる。
【0034】
【発明の効果】
本願発明のワークの精度測定装置と精度測定方法によると、ワークを位置測定装置に対して位置決めするための治具に要求される精度を緩和することができ、安価に短時間で製作できる治具を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例の精度測定装置の全体斜視図。
【図2】 実施例の準備段階でする処理手順図。
【図3】 実施例の測定段階でする処理手順図。
【図4】 位置測定装置の座標系と、治具座標系と、ワーク座標系の関係を模式的に示す図。
【図5】 治具に対してワークが回転するときの回転角を説明する図。
【符号の説明】
10:ワーク
12,14:位置決め基準穴
16:測定対象箇所
17,18,19:位置決め基準面
20:治具
22,24:ワーク位置決め用基準ピン
26,28,30:ワーク位置決め用基準面
32,34,36:治具位置測定用基準面
40:位置測定装置
60:コンピュータ
70:記憶媒体
Claims (4)
- 少なくとも3箇所の「治具位置測定用基準」と少なくとも3箇所の「ワーク位置決め用基準」が設けられており、ワークに設けられている「治具で位置決めされる基準」を前記「ワーク位置決め用基準」に当接させることによってワークを位置決めする治具と、
前記治具の「治具位置測定用基準」の位置及び前記治具によって位置決めされているワークの測定対象箇所の位置を、自身に固定された第1座標系で測定する位置測定装置と、
前記治具内における前記「ワーク位置決め用基準」の位置を、前記治具の「治具位置測定用基準」に固定された第2座標系における座標値で記憶している第1記憶手段と、
前記ワーク内における前記測定対象箇所のあるべき位置を、前記ワークの「治具で位置決めされる基準」に固定された第3座標系における座標値で記憶している第2記憶手段と、
前記位置測定装置によって測定された前記治具の「治具位置測定用基準」の第1座標系における座標値と、前記第1記憶手段に記憶されている前記治具の「ワーク位置決め用基準」の第2座標系における座標値を用いて、第1座標系と第3座標系との間で座標変換する座標変換式を確定する変換式確定手段と、
前記位置測定装置によって測定された前記ワークの測定対象箇所の第1座標系における座標値を、前記変換式確定手段で確定された座標変換式を用いて、第3座標系における座標値に変換する座標変換手段と、
前記座標変換手段によって変換された前記ワークの測定対象箇所の第3座標系における座標値と、前記第2記憶手段に記憶されている前記ワークの測定対象箇所のあるべき位置の第3座標系における座標値との間の偏差を出力する偏差出力手段と、
を備えているワークの精度測定装置。 - 前記少なくとも3箇所の「治具位置測定用基準」は、前記治具に設けられた互いに直交する3つの平面を含み、
前記少なくとも3箇所の「ワーク位置決め用基準」は、前記治具に設けられた3つの平面及びその3つの平面のうちの2つに設けられた2本のピンを含む、
ことを特徴とする請求項1の精度測定装置。 - 少なくとも3箇所の「治具位置測定用基準」と少なくとも3箇所の「ワーク位置決め用基準」を用い、ワークに設けられている「治具で位置決めされる基準」を前記「ワーク位置決め用基準」に当接させることによってワークを位置決めする工程と、
位置測定装置を用い、前記治具の「治具位置測定用基準」の位置及び前記治具によって位置決めされているワークの測定対象箇所の位置を、前記位置測定装置に固定された第1座標系で測定する工程と、
コンピュータに、前記治具内における前記「ワーク位置決め用基準」の位置を、前記治具の「治具位置測定用基準」に固定された第2座標系における座標値で記憶させる工程と、
前記コンピュータに、前記ワーク内における前記測定対象箇所のあるべき位置を、前記ワークの「治具で位置決めされる基準」に固定された第3座標系における座標値で記憶させる工程と、
前記コンピュータが、前記位置測定装置によって測定された前記治具の「治具位置測定用基準」の第1座標系における座標値と、記憶している前記治具の「ワーク位置決め用基準」の第2座標系における座標値を用いて、第1座標系と第3座標系との間で座標変換する座標変換式を確定する工程と、
前記コンピュータが、前記位置測定装置によって測定された前記ワークの測定対象箇所の第1座標系における座標値を、前記座標変換式を用いて、第3座標系における座標値に変換する工程と、
前記コンピュータが、前記座標変換式によって得た前記ワークの測定対象箇所の第3座 標系における座標値と、記憶している前記ワークの測定対象箇所のあるべき位置の第3座標系における座標値との間の偏差を出力する工程と、
を備えているワークの精度測定方法。 - 前記少なくとも3箇所の「治具位置測定用基準」は、前記治具に設けられた互いに直交する3つの平面を含み、
前記少なくとも3箇所の「ワーク位置決め用基準」は、前記治具に設けられた3つの平面及びその3つの平面のうちの2つに設けられた2本のピンを含む、
ことを特徴とする請求項3の精度測定方法。
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