JP4136475B2 - Non-contact measuring method and measuring apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を被測定物表面に照射してその反射光を受光する非接触変位計を用い、三角測量法によって被測定物表面の変位量を測定する非接触測定方法及び測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
上述した非接触変位計は、図15に示す如き基本構造を備える。即ち、図示するように、この非接触変位計30は、レーザ光を被測定物表面Maに向けて照射する投光素子31と、被測定物表面Maによって反射されたレーザ光を受光する受光面32aを具備し、この受光面32aの法線が投光素子31から照射されるレーザ光の光軸に対し傾斜した状態に配置される受光素子32と、投光素子31と被測定物Mとの間に配置され、投光素子31から照射されたレーザ光を集光して被測定物表面Maに導く投光レンズ33と、被測定物表面Maのレーザ光受光位置と受光素子32との間に配置され、被測定物表面Maから反射されたレーザ光を集光して受光素子32の受光面32aに結像せしめる受光レンズ34などを備え、図16に示すように、これらが適宜カバー35内に収容された構成を備える。
【0003】
受光素子32に結像されるレーザ光の光量は、図15に示すように、ガウス分布を示すが、当該受光素子32では、入光光量のピーク位置を結像位置として認識する。
【0004】
そして、上記構成の非接触変位計30は、図16に示すような三次元測定装置50の一部として組み込まれ、測定に供される。尚、図中の符号51は、前記非接触変位計30を支持する支持部材であり、符号52は、被測定物Mが載置される載置台である。支持部材51は適宜送り装置(図示せず)によって直交3軸(X軸,Y軸,Z軸)方向に移動するように構成され、かかる支持部材51の移動によって、非接触変位計30が被測定物Mに対して走査せしめられ、当該被測定物Mの三次元形状が測定される。
【0005】
この非接触変位計30を用いた変位測定の基本原理は、上述の如く三角測量法による。具体的には、図17に示すように、受光レンズ34の中心位置と被測定物表面Maとの間の距離をh、受光レンズ34の中心位置と受光素子32との間の距離をa、受光素子32の中心位置Lに立てた法線と、投光素子から照射されるレーザ光の光軸とが交差する角度をγとし、被測定物表面Maによって反射されたレーザ光が受光素子32の中心位置Lに受光されるとした場合に、被測定物表面Maが上方にεだけ変位することによって、受光素子32のレーザ光受光位置が中心位置LからΔgだけずれたとすると、当該変位εは、下式数式1によってこれを算出することができる。
【0006】
【数1】
【0007】
したがって、適宜校正処理によって、前記距離h及びa、角度γ並びにこの関係における前記受光位置(中心位置)Lを予め既定値として取得しておけば、上記数式1によって被測定物表面Maの変位を測定することができる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、被測定物表面Maによって反射される前記反射光は、当該被測定物表面Maの性状に依る影響を極めて受け易く、このため、上述した従来の測定方法及び測定装置では、被測定物表面Maの変位を高精度に測定することができないという問題があった。
【0009】
より具体的に言うと、例えば、旋盤,マシニングセンタ,研削盤といった工作機械によって機械加工された被測定物Mの表面は、鏡面のような平滑面ではなく、当該表面には、図18に示すような波状の凹凸が形成されている。この場合、凹凸の平均位置(図18において実線で示す位置)の変位を検出すべきであるが、レーザ光の光径が表面あらさの凹凸間隔より小さい場合には、凹凸部のどの位置にレーザ光が照射されるかによって、測定される変位に誤差を生じるのである。例えば、レーザ光が凸部(A点)に照射された場合には、Δε1の誤差を生じ、レーザ光が凹部(B点)に照射された場合には、Δε2の誤差を生じる。
【0010】
また、前記受光面32aに受光されるレーザ光の受光光量は、被測定物Mの表面が平滑面である場合には、受光領域の中心部において最大となるが、上記のような凹凸が存在する表面では、凸部で強く反射されたり、或いは、斜面で反射方向が変向したりして、前記受光面32aにおける受光量のピークが受光領域の中心部から周縁部にズレた(偏った)状態となる。そして、このピークのズレによって測定誤差を生じる。このことは、被測定物表面Maに機械加工によって形成された加工条痕が存在する場合にも、同様の現象として生じる。
【0011】
その一方、近時、リードタイムの短縮といった観点から、工作機械で加工されたワークを、そのまま機上で高精度に形状測定し得る測定装置が待望されているが、前記非接触変位計30は振動等の外乱によって測定精度が影響を受け難いといった優れた特長を有することから、機上計測に最も適したツールであると考えられている。
【0012】
そこで、本発明者らは、上述した非接触変位計30の特長を生かしつつ、更にその測定精度を高めるべく鋭意研究を重ねた結果、本発明をなすに至ったものである。
【0013】
斯くして、本発明は、非接触変位計を用い、三角測量法によって被測定物表面の変位を測定する非接触測定方法及び測定装置において、当該被測定物表面の変位を従来に増して高精度に測定し得る測定方法及び測定装置の提供を、その目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、レーザ光を被測定物表面に照射する投光素子と、前記被測定物表面によって反射されたレーザ光を受光する受光面を具備し、該受光面の法線が前記投光素子から照射されるレーザ光の光軸に対し傾斜した状態に配置される受光素子と、前記被測定物表面のレーザ光受光位置と前記受光素子との間に配置され、前記被測定物表面から反射されたレーザ光を集光して前記受光素子の受光面に結像せしめる受光レンズとを備えた非接触変位計を用い、
前記投光素子から被測定物表面にレーザ光を照射して、その反射光を前記受光素子に受光せしめ、該受光素子受光面の受光位置を検出して、検出された受光位置、並びに前記投光素子,受光レンズ及び受光素子の配置関係を基に、三角測量法によって前記被測定物表面におけるレーザ光受光位置の変位量を測定する方法において、
前記被測定物表面に対し予め設定された測定対象点の変位量を測定するに当たり、前記非接触変位計をその平行移動により予め設定された経路で走査し、前記被測定物表面の前記測定対象点を含む所定領域内にレーザ光を照射せしめ、前記走査経路の予め設定された間隔毎に、前記受光素子における受光位置データをサンプリングし、得られた各受光位置データを基に前記三角測量法によって前記被測定物表面におけるレーザ光受光位置の変位量をそれぞれ算出した後、算出した変位量の平均値を算出し、該平均値をもって前記測定対象点の変位量とするようにしたことを特徴とする非接触測定方法に係る。
【0015】
そして、この非接触測定方法は、以下の非接触測定装置によって、これを好適に実施することができる。
【0016】
即ち、上記非接触測定装置は、
被測定物が載置される載置台と、
前記載置台上の被測定物表面にレーザ光を照射する投光素子と、前記被測定物表面によって反射されたレーザ光を受光する受光面を具備し、該受光面の法線が前記投光素子から照射されるレーザ光の光軸に対し傾斜した状態に配置される受光素子と、前記被測定物表面のレーザ光受光位置と前記受光素子との間に配置され、前記被測定物表面から反射されたレーザ光を集光して前記受光素子の受光面に結像せしめる受光レンズとからなる非接触変位計と、
前記非接触変位計を支持する支持手段と、
前記支持手段と載置台とを直交3軸方向に相対移動させる送り機構部と、
前記直交3軸方向における前記支持手段と載置台との間の相対位置を検出する位置検出器と、
前記送り機構部の作動を制御する送り制御手段と、
前記非接触変位計の受光素子からその受光位置に係るデータを受信し、受信した受光位置、並びに前記投光素子,受光レンズ及び受光素子の配置関係を基に、三角測量法によって前記被測定物表面におけるレーザ光受光位置の変位量を算出し、算出した変位量から前記被測定物に係る形状データを生成する形状データ生成部とから構成されてなり、
前記被測定物表面に対し予め設定された測定対象点の変位量を測定するに当たり、
前記送り制御部は、
前記非接触変位計から照射されるレーザ光が、前記被測定物表面における前記測定対象点を含む所定領域内、且つ予め設定された経路で前記被測定物表面を照射するように、前記支持手段と載置台とを相対移動させて、前記非接触変位計を前記被測定物に対し走査させるように構成され、
前記形状データ生成部は、
前記受光素子から受信される受光位置データを、前記経路の予め設定された間隔毎にサンプリングし、得られた各受光位置データを基に前記三角測量法によって前記被測定物表面におけるレーザ光受光位置の変位量をそれぞれ算出した後、算出した変位量の平均値を算出し、該平均値をもって前記測定対象点の変位量とするように構成される。
【0017】
尚、上述した所定領域は、円領域であるのが好ましく、その直径は、前記被測定物表面の表面あらさに係るJIS B 0601に規定の凹凸平均間隔Smの0.5倍以上2倍以下の範囲内にあるのが好ましい。
【0018】
また、前記非接触変位計の走査経路は、これを円弧経路にすると良い。
【0019】
また、機械加工により、加工条痕が測定対象領域に一方向に整列して形成された被測定物表面の前記変位量を測定する際には、前記非接触変位計を、その前記投光素子,受光レンズ及び受光素子を含む平面が前記加工条痕と平行となるように配置して、前記測定を行うようにすると良い。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施形態について添付図面に基づき説明する。尚、本例では、工作機械で加工されたワークを機上で測定するように構成された測定装置について説明する。したがって、本測定装置は、工作機械の機構部分及び制御部分の一部をそのまま測定用に利用した構成として観念され、以下、当該工作機械の機構部分及び制御部分を含めて測定装置と呼ぶこととする。
【0021】
図1は、本実施形態に係る測定装置の概略構成を示した側面図であり、図2は、そのブロック図である。図1に示すように、本例の測定装置1は、ベッド11と、このベッド11上に立設されたコラム12と、コラム12に上下方向(矢示Z軸方向)に移動可能に支持された主軸頭13と、主軸頭13に回転自在に支持された主軸16と、ベッド11上に矢示Y軸方向に移動可能に設けられたサドル19と、このサドル19上に紙面に対し直交する方向(X軸方向)に移動可能に設けられたテーブル20と、主軸16に保持される非接触変位計30と、数値制御装置40などから構成される。
【0022】
図2に示すように、前記主軸頭13は送り機構部14によって駆動され、そのZ軸方向における位置が送り機構部14に付設された位置検出器15によって検出される。また、主軸16は駆動モータ17によって回転駆動され、その回転位置が当該主軸16に付設された回転位置検出器18によって検出される。
【0023】
また、前記サドル19は送り機構部23によって駆動され、そのY軸方向における位置が送り機構部23に付設された位置検出器24によって検出される。同様に、前記テーブル20は送り機構部21によって駆動され、そのX軸方向における位置が送り機構部21に付設された位置検出器22によって検出される。
【0024】
また、前記非接触変位計30は、上述の図15及び図16に示したものと同様の構成を備える。
【0025】
尚、前記位置検出器15,22,24はそれぞれ磁気スケールや光学スケールなどからなり、回転位置検出器18は光学式のパルスエンコーダなどからなる。
【0026】
前記数値制御装置40は、データ記億部41,プログラム解析部42,送り制御部43,主軸制御部44,変位計制御部46,加工条痕認識部45,形状データ生成部47などから構成される。
【0027】
データ記憶部41はNCプログラム,ツールパスデータ,測定プログラム,形状データといった各種プログラムやデータが格納される機能部であり、数値制御装置40に接続された入出力装置50から前記プログラムやデータが入力され、当該データ記憶部41に格納される。このデータ記憶部41内に格納されたプログラムやデータは、入出力装置50の出力部に出力されるようになっており、その内容を、当該出力部を通して確認することができるようになっている。
【0028】
尚、前記加工プログラムは、言うまでもなく、加工順序にしたがって主軸の回転(回転開始,回転停止,回転方向)、その回転角度や回転速度、送り軸、その移動位置や送り速度といった指令をNCコードで記述したものである。
【0029】
また、測定プログラムも同様に、主軸の回転角度、送り軸、その移動位置や送り速度、測定の開始や終了といった指令を、NCコードを含む特定のコードで記述したものである。
【0030】
例えば、図3に示すように、テーブル20上に載置された被測定物Mの表面Maに適宜設定した測定位置P1〜P14の変位量を順次測定する場合、当該測定プログラムでは、まず、測定の開始が指令され、次に、主軸16の初期回転角度が指令された後、主軸16に装着された非接触変位計30を前記各測定位置P1〜P14の上方の所定位置に移動させるための座標位置(各送り軸における位置)とその位置に移動する移動速度が順次指令され、最後に測定の終了が指令される。また、本例では、各測定位置P1〜P14において、主軸16とテーブル20とが直径dの円弧軌跡で相対移動するように設定され、円弧移動の開始と同時にデータ取り込みが開始され、円弧移動の終了と同時にデータ取り込みが終了される。
【0031】
前記プログラム解析部42は、前記データ記憶部41に格納されたプログラムを順次読み出して、これを実行する機能部であり、例えば、NCプログラムを実行する場合には、プログラム中に指定された主軸の回転、その回転角度や回転速度、送り軸、その移動位置や送り速度といった指令を認識し、指令に応じた制御信号を前記送り制御部43や主軸制御部44に送信する。また、測定プログラムを実行する場合には、プログラム中に指定された主軸の回転角度、送り軸、その移動位置や送り速度、測定の開始や終了といった指令を認識し、指令に応じた制御信号を前記送り制御部43,主軸制御部44,加工条痕認識部45,変位計制御部46や形状データ生成部47に送信する。
【0032】
前記送り制御部43は、前記プログラム解析部42から受信した送り軸,移動位置,送り速度などに関する制御信号に従い、制御対象の各送り機構部14,21,23を各位置検出器15,22,24からフィードバックされる位置信号を基にフィードバック制御して、主軸頭13,サドル19やテーブル20を指令位置に移動させる。これにより、テーブル20上に載置されたワーク(被測定物)と主軸16とが前記直交3軸(X軸,Y軸及びZ軸)方向に適宜相対移動せしめられる。
【0033】
前記主軸制御部44は、前記プログラム解析部42から受信した主軸の回転,その回転角度や回転速度などに関する制御信号に従い、駆動モータ17を回転位置検出器18からフィードバックされる回転位置信号を基にフィードバック制御して、主軸16を指令角度に割り出したり、指令回転速度で回転させる。
【0034】
前記変位計制御部46は、前記プログラム解析部42から受信した制御信号に基づき、前記非接触変位計30の作動を制御する。具体的には、前記プログラム解析部42から測定開始信号を受信して前記非接触変位計30の投光素子31からレーザ光を照射させ、測定終了信号を受信してレーザ光の照射を停止させる。
【0035】
前記加工条痕認識部45は、図4に示した処理を実行する。即ち、前記プログラム解析部42から測定開始信号を受信して処理を開始し(ステップS1)、ついで、前記プログラム解析部42から非接触変位計30の移動位置(測定位置)に係る信号を受信すると(ステップS2)、データ記憶部41に格納されたNCプログラム若しくは当該NCプログラムを生成するためのツールパスデータを解析して、当該測定位置を含む所定領域内に存在する加工条痕の角度(本例では、X軸−Y軸平面における角度)を算出(認識)する(ステップS3)。
【0036】
通常、工作機械によって加工された被測定物Mの加工表面には、図5に示すように、工具Tの走査方向に沿った加工条痕(筋状の加工跡)TMが形成される。尚、図5は、一例としてボールエンドミルによって加工された被測定物Mの加工表面を図示したものである。
【0037】
かかる加工条痕TMのX軸−Y軸平面における角度(図6における角度θ)は、データ記憶部41に格納されたNCプログラム若しくはこのNCプログラムを生成するためのツールパスデータからこれを容易に算出することができ、前記加工条痕認識部45は算出した角度データを主軸制御部44に送信し、主軸制御部44は受信した角度位置に主軸16を回転させる。
【0038】
前記非接触変位計30は、主軸16の回転角度が0°のとき、投光素子31,受光素子32,投光レンズ33及び受光レンズ34を含む平面が前記X軸と平行になるように、前記主軸16に装着されており、主軸16が加工条痕TMと一致する角度に回転せしめられると、図7に示すように、非接触変位計30の投光素子31,受光素子32,投光レンズ33及び受光レンズ34を含む平面が加工条痕TMと平行になる。
【0039】
以後、加工条痕認識部45は、プログラム解析部42から非接触変位計30の測定位置に係る信号を受信するたびに、上記加工条痕TMの角度を算出してこれを主軸制御部44に送信し(ステップS5)、プログラム解析部42から測定終了信号を受信した後、処理を終了する(ステップS6)。
【0040】
前記形状データ生成部47は、図8に示した処理を実行する。即ち、前記プログラム解析部42から測定開始信号を受信して処理を開始し(ステップS11)、ついで、前記プログラム解析部42から非接触変位計30を円弧移動させる信号を受信すると(ステップS12)、前記非接触変位計30の受光素子32によって検出された受光位置データ(図17に示したΔg)を、当該円弧移動が終了されるまでの間、所定サンプリング間隔で受信する(ステップS13,S14)。尚、円弧移動の終了時点については、前記位置検出器15,22,24からフィードバックされる位置信号を基に、これを認識する。
【0041】
ついで、形状データ生成部47は、サンプリングした各受光位置データを基に三角測量法によって被測定物表面Maにおける各レーザ光受光位置の変位量をそれぞれ算出し(ステップS15)、算出した変位量を単純平均してその平均値を算出し(ステップS16)、算出した平均値を対応する測定位置の変位量とする。ついで、算出した変位量と前記位置検出器15から受信した位置信号とを基に、所定の基準位置に対する当該測定位置のZ軸方向における位置を算出し(ステップS17)、算出したZ軸方向の位置データと、X軸−Y軸平面における測定位置の位置データとを関連付けて、これを当該測定位置の三次元位置データとしてデータ記憶部41に格納する(ステップS18)。
【0042】
以後、形状データ生成部47は、プログラム解析部42から非接触変位計30を円弧移動させる信号を受信するたびに、上記ステップS12〜S17の処理を繰り返し(ステップS19)、プログラム解析部42から測定終了信号を受信した後、当該処理を終了する(ステップS20)。
【0043】
以上の構成を備えた本例の測定装置1では、テーブル20上に載置された被測定物Mの形状が、以下のようにして測定される。尚、被測定物Mは、データ記憶部41に格納されたNCプログラムに基づいて、図3に示した形状に加工され、当該加工済みの被測定物Mがそのまま機上で測定されるものとする。また、測定は、被測定物表面Maに設定された測定位置P1〜P14のZ軸方向における位置を測定するものとする。
【0044】
まず、プログラム解析部42によりデータ記憶部41から測定プログラムが読み出され、当該測定プログラムが順次実行される。
【0045】
即ち、まず、非接触変位計30の投光素子31からレーザ光が照射せしめられ、レーザ光が照射された状態で当該非接触変位計30が、測定位置P1の上方に移動せしめられる。その際、測定位置P1を含む所定領域内に形成された加工条痕TMの角度が、前記加工条痕認識部45によって認識され、認識された角度となるように主軸16が回転せしめられる。これにより、当該主軸16に装着された非接触変位計30の投光素子31,受光素子32,投光レンズ33及び受光レンズ34を含む平面が前記加工条痕TMと平行になる。
【0046】
次に、非接触変位計30が測定位置P1を中心とした直径dの円弧軌跡を描くように移動せしめられる。これにより、非接触変位計30の投光素子31から照射されるレーザ光が、被測定物Mの表面Ma上を、測定位置P1を中心とした直径dの円弧軌跡を描くように走査され、被測定物表面Maによって反射されたレーザ光が連続的に受光素子32に受光される。
【0047】
そして、非接触変位計30が円弧移動する間、非接触変位計30の受光素子32によって検出された受光位置データが、形状データ生成部47によって所定サンプリング間隔でサンプリングされ、サンプリングされた各受光位置データを基に三角測量法によって被測定物表面Maにおける各レーザ光受光位置の変位量がそれぞれ算出され、算出された変位量を単純平均してその平均値が算出され、算出された平均値が当該測定位置P1の変位量とされる。ついで、形状データ生成部47は、算出した変位量を基に、所定の基準位置に対する当該測定位置P1のZ軸方向における位置を算出し、算出したZ軸方向の位置データと、X軸−Y軸平面における測定位置P1の位置データとを関連付けて、これを当該測定位置P1の三次元位置データ(形状データ)としてデータ記憶部41に格納する。
【0048】
以後、順次、非接触変位計30が測定位置P2〜P14の上方に移動せしめられ、上述の如くして、各測定位置P2〜P14における三次元位置が測定され、測定された三次元位置データがデータ記憶部41に格納される。そして、全ての測定位置P1〜P14についての測定が終了した後、当該測定処理が終了される。
【0049】
上述したように、レーザ光による非接触変位計30では、被測定物表面Maによって反射されるレーザ反射光が、当該被測定物表面Maの性状に極めて影響され易く、このために、被測定物表面Maの変位量を高精度に測定することができないという根本的な問題がある。
【0050】
しかしながら、本実施形態では、上述したように、測定対象位置を含む周辺領域内の複数点の変位量を測定し、これを平均して当該測定対象位置の変位量としているので、上述した被測定物表面Maの性状が測定精度に与える影響を大幅に緩和することができ、当該変位量を高精度に測定することができる。
【0051】
尚、上記走査円の直径dは、JIS B 0601に規定の凹凸平均間隔Smであって、被測定物表面Maの表面あらさに係る凹凸平均間隔Smの0.5倍以上2倍以下とするのが好ましい。0.5倍未満である場合には、測定精度を期待される程度に高めることができず、2倍を超えると測定対象位置の真の変位量と言えなくなるからである。
【0052】
また、本実施形態では、非接触変位計30の姿勢を、その投光素子31,受光素子32,投光レンズ33及び受光レンズ34を含む平面が、被測定物表面Maの測定対象領域内に存在する加工条痕TMに対して平行となる姿勢としているので、前記受光素子32に受光される光量のピークが受光領域の中心部から周縁部にズレるのを防止することができ、この意味でも当該変位量を高精度に測定することができる。
【0053】
このように、本実施形態によれば、上述した非接触変位計30の有する問題点を解決し、変位量を高精度に測定することができるが、かかる本実施形態、即ち、本発明における効果を下記実験例によってより具体的に実証する。
【0054】
(実験例1)
非接触変位計30として、レーザフォーカス変位計(LT−8110、キーエンス社製)を用い、図9(a)に示すように、試料Mをテーブル20上に載置して、非接触変位計30をX軸方向に走査し、前記試料M表面の変位量を連続的にサンプリング(測定距離10mmで5000点)した後、JIS B 0601に従って、その表面粗さRZLを算出した。
【0055】
尚、非接触変位計30のレーザ光径は30μmであり、図17に示すh,γ,aの値は、それぞれh=30mm,γ=40°,a=10mmであった。また、試料Mには、表面粗さがRy=6.0μmとRy=11.6μm(いずれも接触式表面粗さ計で測定)に研削加工された2種類の鋼片を用いた。
【0056】
また、試料Mに形成された加工条痕(研削痕)がY軸と平行になるように、当該試料Mをテーブル20上に載置するとともに、主軸16の回転角度αが0°のとき、図15に示した投光素子31,受光素子32,投光レンズ33及び受光レンズ34を含む平面がX軸、即ち加工条根と直交するように、当該非接触変位計30を主軸16に装着し、主軸16の回転角度αを、0°(図9(b)),10°,20°,30°,40°,45°,50°,60°,70°,80°,90°(図9(c))としてX軸方向に走査し、上記の如く試料Mの表面粗さRZLを測定した。その結果を図10に示す。
【0057】
図10から明らかなように、主軸16の回転角度αが90°のとき、即ち、前記投光素子31,受光素子32,投光レンズ33及び受光レンズ34を含む平面が加工条根と平行となるように、当該非接触変位計30を配置することで、その測定精度を高めることができる。
【0058】
(実験例2)
非接触変位計30として上記実験例1と同様のものを用い、図11(a)に示すように、研削加工された試料Mをテーブル20上に載置して、図11(b)に示すように、試料表面の3点(Pa,Pb,Pc)のテーブル20上面からの高さを測定した。尚、試料Mは、接触式表面粗さ計で測定した表面粗さがRy=6.0μm、JIS B 0601に規定される凹凸平均間隔Smが30.0μmであった。
【0059】
また、前記試料Mは,その表面に形成された加工条痕(研削痕)がY軸と平行になるように、これをテーブル20上に載置するとともに、主軸16の回転角度αを0°として、図11(a)に示すように、非接触変位計30を、各測定点(Pa,Pb,Pc)を中心として直径dの円弧軌跡を描くように走査させ、走査中、試料表面の変位量を連続的にサンプリング(測定距離10mmで5000点)して、サンプリングした変位量を単純平均し、当該各測定点(Pa,Pb,Pc)の変位量とした。そして算出した変位量から各測定点(Pa,Pb,Pc)のテーブル20上面からの高さを算出し、同位置をタッチプローブ式三次元測定機(BRT504 ミツトヨ社製)によって測定した結果との差をとって、測定誤差を算出した。その結果を図12に示す。
【0060】
図12から明らかなように、この場合には、非接触変位計30の円弧走査直径dを30μm以上、即ち、凹凸平均間隔Smの1.0倍以上とすることで、測定精度を高めることができる。
【0061】
(実験例3)
図13(a),(b)に示すように、試料Mとして、ボールエンドミルによって加工されたものを用い、その加工表面の2つの測定点(Pa,Pb)について測定した以外は上記実験例2と同様にして、各点のテーブル20上面からの高さを測定し、その測定誤差を算出した。その結果を図14に示す。尚、試料Mの加工表面は、接触式表面粗さ計で測定した表面粗さがRy=2.3μm、JIS B 0601に規定される凹凸平均間隔Smが40μmであった。
【0062】
図14から明らかなように、この場合には、非接触変位計30の円弧走査直径dを20μm以上、即ち、凹凸平均間隔Smの0.5倍以上とすることで、測定精度を高めることができる。
【0063】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の採り得る具体的な態様は、何らこれに限定されるものではない。例えば、上例では、測定にあたって非接触変位計30を円弧走査させるようにしているが、これは、円弧走査が制御上最も平易であると考えられるからであり、測定対象位置を含む周辺領域内の複数点の変位量を測定することができるのであれば、走査経路は円弧走査に何ら限定されるものではない。
【0064】
また、上例では、制御系を工作機械の数値制御装置40内に組み込んだ構成としたが、これに限られるものではなく、かかる制御系を工作機械の数値制御装置40とは別個に設けた構成としても良い。更に、上例では、被測定物Mを工作機械上で測定し得る構成としたが、言うまでもなく、測定装置を工作機械とは別に設けた構成とすることもできる。
【0065】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、測定対象位置を含む周辺領域内の複数点の変位量を測定し、これを平均して当該測定対象位置の変位量としているので、被測定物表面の性状が測定精度に与える影響を大幅に緩和することができ、当該変位量を高精度に測定することができる。
【0066】
そして、上記測定領域を、直径が、被測定物表面の表面あらさに係るJIS B 0601に規定の凹凸平均間隔Smの0.5倍以上2倍以下である円領域とすることで、より測定精度を高めることができる。
【0067】
また、非接触変位計の姿勢を、その投光素子,受光素子及び受光レンズを含む平面が、被測定物表面の測定対象領域内に存在する加工条痕に対して平行となる姿勢としているので、受光素子に受光される光量のピークが受光領域の中心部から周縁部にズレるのを防止することができ、この意味でも当該変位量を高精度に測定することができる。
【0068】
斯くして、本発明によれば、外乱の影響を受け難いという特長を備えた非接触変位計の測定精度を高めることができるので、かかる非接触変位計を用いることで、工作機械で加工された加工品をそのまま機上で測定することが可能である。これにより、当該加工におけるリードタイムの短縮など、その生産性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態に係る非接触測定装置の概略構成を示した側面図である。
【図2】 本実施形態に係る非接触測定装置の概略構成を示したブロック図である。
【図3】 本実施形態に係る測定手順を説明するための説明図である。
【図4】 本実施形態の加工条痕認識部における処理手順をしめしたフローチャートである。
【図5】 本実施形態の加工条痕認識部における処理を説明するための説明図である。
【図6】 本実施形態の加工条痕認識部における処理を説明するための説明図である。
【図7】 本実施形態の加工条痕認識部における処理を説明するための説明図である。
【図8】 本実施形態の形状データ生成部における処理手順を示したフローチャートである。
【図9】 (a),(b)及び(c)は、実験例1の内容を説明するための説明図である。
【図10】 実験例1における測定結果を示したグラフである。
【図11】 (a)及び(b)は、実験例2の内容を説明するための説明図である。
【図12】 実験例2における測定結果を示したグラフである。
【図13】 (a)及び(b)は、実験例3の内容を説明するための説明図である。
【図14】 実験例3における測定結果を示したグラフである。
【図15】 非接触変位計の基本構造を説明するための説明図である。
【図16】 非接触変位計を備えた測定装置の基本構成を説明するための説明図である。
【図17】 三角測量法による変位測定の基本原理について説明するための説明図である。
【図18】 非接触変位計における問題点を説明するための説明図である。
【符号の説明】
1 測定装置
16 主軸
17 駆動モータ
18 回転位置検出器
20 テーブル
14,21,23 送り機構部
15,22,24 位置検出器
30 非接触変位計
31 投光素子
32 受光素子
33 投光レンズ
34 受光レンズ
40 数値制御装置
41 データ記憶部
42 プログラム解析部
43 送り制御部
44 主軸制御部
45 加工条痕認識部
46 変位計制御部
47 形状データ生成部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a non-contact measurement method and a measurement apparatus for measuring a displacement amount of a measurement object surface by a triangulation method using a non-contact displacement meter that irradiates the measurement object surface with laser light and receives reflected light. .
[0002]
[Prior art]
The non-contact displacement meter described above has a basic structure as shown in FIG. That is, as shown in the figure, the
[0003]
As shown in FIG. 15, the light quantity of the laser light imaged on the
[0004]
And the
[0005]
The basic principle of displacement measurement using this
[0006]
[Expression 1]
[0007]
Therefore, if the distance h and a, the angle γ, and the light receiving position (center position) L in this relationship are acquired as default values by appropriate calibration processing, the displacement of the surface Ma of the object to be measured can be calculated by
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the reflected light reflected by the surface to be measured Ma is very easily affected by the properties of the surface to be measured Ma. For this reason, in the conventional measuring method and measuring apparatus described above, the surface of the object to be measured There was a problem that the displacement of Ma could not be measured with high accuracy.
[0009]
More specifically, for example, the surface of the object M machined by a machine tool such as a lathe, a machining center, or a grinder is not a smooth surface such as a mirror surface, and the surface is shown in FIG. Wavy irregularities are formed. In this case, the average position of the unevenness (in FIG. solid line However, if the laser beam diameter is smaller than the irregularity interval of the surface roughness, the measured displacement depends on which position of the irregularity is irradiated with the laser beam. This causes an error. For example, when the laser beam is irradiated on the convex portion (point A), Δε 1 If the laser beam is irradiated to the recess (point B), Δε 2 Cause an error.
[0010]
In addition, the amount of laser light received by the
[0011]
On the other hand, recently, from the viewpoint of shortening the lead time, there is a need for a measuring device that can measure the shape of a workpiece processed by a machine tool with high accuracy on the machine as it is. It is considered to be the most suitable tool for on-machine measurement because of its excellent feature that measurement accuracy is not easily affected by disturbances such as vibration.
[0012]
Accordingly, the present inventors have made the present invention as a result of intensive studies to further improve the measurement accuracy while taking advantage of the features of the
[0013]
Thus, the present invention provides a non-contact measuring method and measuring apparatus for measuring the displacement of the surface of the object to be measured by a triangulation method using a non-contact displacement meter. It is an object of the present invention to provide a measurement method and a measurement apparatus that can measure with high accuracy.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for solving the above problems comprises a light projecting element for irradiating the surface of the object to be measured with laser light, and a light receiving surface for receiving the laser light reflected by the surface of the object to be measured. A light receiving element disposed in a state in which a normal line is inclined with respect to an optical axis of the laser light emitted from the light projecting element, and a laser light receiving position on the surface of the object to be measured and the light receiving element, Using a non-contact displacement meter provided with a light receiving lens that focuses the laser light reflected from the surface of the object to be measured and forms an image on the light receiving surface of the light receiving element,
The surface of the object to be measured is irradiated with laser light from the light projecting element, the reflected light is received by the light receiving element, the light receiving position of the light receiving surface of the light receiving element is detected, and the detected light receiving position and the projecting light are detected. In the method of measuring the amount of displacement of the laser light receiving position on the surface of the object to be measured by triangulation based on the arrangement relationship of the optical element, the light receiving lens and the light receiving element,
In measuring the displacement amount of the measurement target point set in advance with respect to the surface of the object to be measured, the non-contact displacement meter is scanned along a path set in advance by the parallel movement thereof, and the object to be measured on the surface of the object to be measured is measured. A predetermined area including a point is irradiated with laser light, light reception position data in the light receiving element is sampled at predetermined intervals of the scanning path, and the triangulation method is performed based on the obtained light reception position data. The amount of displacement of the laser light receiving position on the surface of the object to be measured is calculated by the following, and then the average value of the calculated amounts of displacement is calculated, and the average value is used as the amount of displacement of the measurement target point. This relates to the non-contact measurement method.
[0015]
And this non-contact measuring method can be suitably implemented with the following non-contact measuring apparatus.
[0016]
That is, the non-contact measuring device is
A mounting table on which the object to be measured is mounted;
A light projecting element that irradiates a laser beam onto the surface of the object to be measured on the mounting table; and a light receiving surface that receives the laser light reflected by the surface of the object to be measured. A light receiving element disposed in an inclined state with respect to the optical axis of the laser light emitted from the element, and a laser light receiving position on the surface of the object to be measured and the light receiving element, and from the surface of the object to be measured A non-contact displacement meter comprising a light receiving lens for condensing the reflected laser light and forming an image on the light receiving surface of the light receiving element;
Support means for supporting the non-contact displacement meter;
A feed mechanism that relatively moves the support means and the mounting table in three orthogonal axes;
A position detector for detecting a relative position between the support means and the mounting table in the three orthogonal directions;
Feed control means for controlling the operation of the feed mechanism,
Data on the light receiving position is received from the light receiving element of the non-contact displacement meter, and the object to be measured is obtained by triangulation based on the received light receiving position and the arrangement relationship of the light projecting element, the light receiving lens, and the light receiving element. A displacement amount of the laser beam receiving position on the surface is calculated, and a shape data generation unit that generates shape data related to the object to be measured from the calculated displacement amount,
In measuring the displacement of the measurement target point set in advance with respect to the surface of the object to be measured,
The feed control unit Is ,
The support means so that the laser beam irradiated from the non-contact displacement meter irradiates the surface of the object to be measured in a predetermined region including the measurement target point on the surface of the object to be measured and through a preset path. And the mounting table are relatively moved, and the non-contact displacement meter is scanned with respect to the object to be measured.
The shape data generator Is ,
The light receiving position data received from the light receiving element is sampled at predetermined intervals of the path, and the laser light receiving position on the surface of the object to be measured by the triangulation method based on the obtained light receiving position data. After calculating each of the displacement amounts, an average value of the calculated displacement amounts is calculated, and the average value is used as the displacement amount of the measurement target point.
[0017]
The predetermined area described above is ,Circle region It is preferable that Diameter of Is In addition, 0.5 times or more and 2 times or less of the average unevenness interval Sm defined in JIS B 0601 relating to the surface roughness of the surface of the object to be measured Preferably within the range .
[0018]
The scanning path of the non-contact displacement meter may be an arc path.
[0019]
Further, when measuring the amount of displacement of the surface of the object to be measured, in which machining streaks are aligned in one direction in the measurement target region by machining, the non-contact displacement meter is connected to the light projecting element. It is preferable to perform the measurement by arranging the plane including the light receiving lens and the light receiving element so as to be parallel to the machining stripe.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this example, a measuring device configured to measure a work machined by a machine tool on the machine will be described. Therefore, this measuring apparatus is considered as a configuration in which a part of a mechanical part and a control part of a machine tool are used for measurement as they are, and hereinafter referred to as a measuring apparatus including the mechanical part and the control part of the machine tool. To do.
[0021]
FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of a measuring apparatus according to the present embodiment, and FIG. 2 is a block diagram thereof. As shown in FIG. 1, the measuring
[0022]
As shown in FIG. 2, the
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
The
[0027]
The
[0028]
Needless to say, the machining program uses NC codes for commands such as rotation of the spindle (rotation start, rotation stop, rotation direction), rotation angle and rotation speed, feed axis, movement position and feed speed in accordance with the machining sequence. It is described.
[0029]
Similarly, in the measurement program, commands such as the rotation angle of the spindle, the feed axis, its movement position and feed speed, and the start and end of measurement are described in specific codes including the NC code.
[0030]
For example, as shown in FIG. 3, the measurement position P appropriately set on the surface Ma of the measurement object M placed on the table 20. 1 ~ P 14 In the measurement program, first, the start of measurement is instructed, and then the initial rotation angle of the
[0031]
The
[0032]
The
[0033]
The
[0034]
The displacement
[0035]
The processing
[0036]
Usually, on the processing surface of the workpiece M processed by the machine tool, as shown in FIG. 5, a processing mark (striated processing mark) T along the scanning direction of the tool T is provided. M Is formed. FIG. 5 shows an example of the processed surface of the workpiece M processed by the ball end mill.
[0037]
Such processing streak T M The angle on the X-axis-Y-axis plane (angle θ in FIG. 6) can be easily calculated from the NC program stored in the
[0038]
When the rotation angle of the
[0039]
Thereafter, each time the machining
[0040]
The shape
[0041]
Next, the shape
[0042]
Thereafter, each time the shape
[0043]
In the measuring
[0044]
First, the
[0045]
That is, first, laser light is irradiated from the
[0046]
Next, the
[0047]
Then, while the
[0048]
Thereafter, the
[0049]
As described above, in the
[0050]
However, in the present embodiment, as described above, the displacement amounts at a plurality of points in the peripheral region including the measurement target position are measured and averaged to obtain the displacement amount of the measurement target position. The influence of the property of the object surface Ma on the measurement accuracy can be greatly relieved, and the displacement can be measured with high accuracy.
[0051]
The diameter d of the scanning circle is the average unevenness interval Sm defined in JIS B 0601, and is 0.5 times or more and 2 times or less the unevenness average interval Sm related to the surface roughness of the object surface Ma to be measured. Is preferred. This is because if it is less than 0.5 times, the measurement accuracy cannot be increased to an expected level, and if it exceeds 2 times, it cannot be said that it is the true displacement amount of the measurement target position.
[0052]
In the present embodiment, the
[0053]
As described above, according to the present embodiment, the above-described problems of the
[0054]
(Experimental example 1)
As the
[0055]
The laser beam diameter of the
[0056]
Further, when the sample M is placed on the table 20 so that the machining marks (grinding marks) formed on the sample M are parallel to the Y axis, and the rotation angle α of the
[0057]
As is apparent from FIG. 10, when the rotation angle α of the
[0058]
(Experimental example 2)
As the
[0059]
In addition, the sample M is placed on the table 20 so that the machining marks (grinding marks) formed on the surface thereof are parallel to the Y axis, and the rotation angle α of the
[0060]
As is apparent from FIG. 12, in this case, the measurement accuracy can be improved by setting the arc scanning diameter d of the
[0061]
(Experimental example 3)
As shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b), the sample M was processed by a ball end mill, and the above experimental example 2 was performed except that two measurement points (Pa, Pb) on the processed surface were measured. In the same manner as described above, the height of each point from the upper surface of the table 20 was measured, and the measurement error was calculated. The result is shown in FIG. The processed surface of sample M has a surface roughness R measured with a contact-type surface roughness meter. y = 2.3 μm, and the unevenness average interval Sm defined in JIS B 0601 was 40 μm.
[0062]
As is apparent from FIG. 14, in this case, the measurement accuracy can be improved by setting the arc scanning diameter d of the
[0063]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, the specific aspect which this invention can take is not limited to this at all. For example, in the above example, the
[0064]
In the above example, the control system is incorporated in the
[0065]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, the displacement amount of a plurality of points in the peripheral region including the measurement target position is measured and averaged to obtain the displacement amount of the measurement target position. The influence of the surface properties on the measurement accuracy can be greatly reduced, and the amount of displacement can be measured with high accuracy.
[0066]
The measurement area is a circular area having a diameter that is not less than 0.5 times and not more than 2 times the average unevenness interval Sm defined in JIS B 0601 relating to the surface roughness of the surface of the object to be measured. Can be increased.
[0067]
In addition, the posture of the non-contact displacement meter is such that the plane including the light projecting element, the light receiving element, and the light receiving lens is parallel to the machining streak existing in the measurement target area on the surface of the object to be measured. Thus, it is possible to prevent the peak of the amount of light received by the light receiving element from deviating from the center portion of the light receiving region to the peripheral portion, and in this sense, the displacement amount can be measured with high accuracy.
[0068]
Thus, according to the present invention, the measurement accuracy of a non-contact displacement meter having the feature of being hardly affected by disturbance can be increased. Therefore, by using such a non-contact displacement meter, it is processed by a machine tool. The processed product can be directly measured on the machine. Thereby, the productivity, such as shortening of the lead time in the said process, can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of a non-contact measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a non-contact measuring apparatus according to the present embodiment.
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining a measurement procedure according to the embodiment.
FIG. 4 is a flowchart showing a processing procedure in a processing mark recognition unit of the present embodiment.
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a process in a machining mark recognition unit of the present embodiment.
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining a process in a machining mark recognition unit of the present embodiment.
FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining processing in a machining streak recognition unit of the present embodiment.
FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure in a shape data generation unit of the present embodiment.
FIGS. 9A, 9B, and 9C are explanatory diagrams for explaining the contents of Experimental Example 1. FIGS.
10 is a graph showing measurement results in Experimental Example 1. FIG.
FIGS. 11A and 11B are explanatory diagrams for explaining the contents of Experimental Example 2. FIGS.
12 is a graph showing measurement results in Experimental Example 2. FIG.
FIGS. 13A and 13B are explanatory diagrams for explaining the contents of Experimental Example 3. FIGS.
14 is a graph showing measurement results in Experimental Example 3. FIG.
FIG. 15 is an explanatory diagram for explaining a basic structure of a non-contact displacement meter.
FIG. 16 is an explanatory diagram for explaining a basic configuration of a measuring apparatus including a non-contact displacement meter.
FIG. 17 is an explanatory diagram for explaining the basic principle of displacement measurement by triangulation.
FIG. 18 is an explanatory diagram for explaining a problem in a non-contact displacement meter.
[Explanation of symbols]
1 Measuring device
16 Spindle
17 Drive motor
18 Rotational position detector
20 tables
14, 21, 23 Feed mechanism
15, 22, 24 Position detector
30 Non-contact displacement meter
31 Emitting element
32 Light receiving element
33 Projection lens
34 Light receiving lens
40 Numerical controller
41 Data storage unit
42 Program analysis section
43 Feed control unit
44 Spindle controller
45 Processing mark recognition part
46 Displacement meter controller
47 Shape data generator
Claims (9)
前記被測定物表面によって反射されたレーザ光を受光する受光面を具備し、該受光面の法線が前記投光素子から照射されるレーザ光の光軸に対し傾斜した状態に配置される受光素子と、
前記被測定物表面のレーザ光受光位置と前記受光素子との間に配置され、前記被測定物表面から反射されたレーザ光を集光して前記受光素子の受光面に結像せしめる受光レンズとを備えた非接触変位計を用い、
前記投光素子から被測定物表面にレーザ光を照射して、その反射光を前記受光素子に受光せしめ、該受光素子受光面の受光位置を検出して、検出された受光位置、並びに前記投光素子,受光レンズ及び受光素子の配置関係を基に、三角測量法によって前記被測定物表面におけるレーザ光受光位置の変位量を測定する方法において、
前記被測定物表面に対し予め設定された測定対象点の変位量を測定するに当たり、
前記非接触変位計を、平行移動により、予め設定された経路で走査し、前記被測定物表面の前記測定対象点を含む領域であって、直径が、前記被測定物表面の表面あらさに係るJIS B 0601に規定の凹凸平均間隔Smの0.5倍以上2倍以下である円領域内にレーザ光を照射せしめ、
前記走査経路の予め設定された間隔毎に、前記受光素子における受光位置データをサンプリングし、得られた各受光位置データを基に前記三角測量法によって前記被測定物表面におけるレーザ光受光位置の変位量をそれぞれ算出した後、
算出した変位量の平均値を算出し、該平均値をもって前記測定対象点の変位量とするようにしたことを特徴とする非接触測定方法。A light projecting element that irradiates the surface of the object to be measured with a laser beam;
A light receiving surface that receives a laser beam reflected by the surface of the object to be measured, and is disposed in a state in which a normal line of the light receiving surface is inclined with respect to the optical axis of the laser beam emitted from the light projecting element. Elements,
A light receiving lens disposed between the laser light receiving position on the surface of the object to be measured and the light receiving element, and condensing the laser light reflected from the surface of the object to be measured and forming an image on the light receiving surface of the light receiving element; Using a non-contact displacement meter with
The surface of the object to be measured is irradiated with laser light from the light projecting element, the reflected light is received by the light receiving element, the light receiving position of the light receiving surface of the light receiving element is detected, and the detected light receiving position and the projecting light are detected. In the method of measuring the amount of displacement of the laser light receiving position on the surface of the object to be measured by triangulation based on the arrangement relationship of the optical element, the light receiving lens and the light receiving element,
In measuring the displacement of the measurement target point set in advance with respect to the surface of the object to be measured,
Said non-contact displacement meter, the translation, scanned at a preset path, wherein a region including the measurement target point of the workpiece surface, a diameter, according to the surface roughness of the workpiece surface A laser beam is irradiated in a circular region that is 0.5 times or more and 2 times or less of the uneven average spacing Sm defined in JIS B 0601 ,
The light receiving position data in the light receiving element is sampled at predetermined intervals of the scanning path, and the displacement of the laser light receiving position on the surface of the object to be measured by the triangulation method based on the obtained light receiving position data. After calculating each quantity,
A non-contact measurement method characterized in that an average value of the calculated displacement amounts is calculated, and the average value is used as the displacement amount of the measurement target point.
前記非接触変位計を、その前記投光素子,受光レンズ及び受光素子を含む平面が前記加工条痕と平行となるように配置して、前記測定を行うようにしたことを特徴とする請求項1又は2記載の非接触測定方法。 Wherein the measurement target region, when measuring the measured object processing streaks that by the machining are formed aligned in a direction,
The non-contact displacement meter is disposed so that a plane including the light projecting element, the light receiving lens, and the light receiving element is parallel to the machining stripe, and the measurement is performed. The non- contact measuring method according to 1 or 2 .
前記条痕認識手段による認識結果を基に、前記非接触変位計を、その前記投光素子,受光レンズ及び受光素子を含む平面が前記加工条痕と平行となるように配置して、前記測定を行うようにしたことを特徴とする請求項3記載の非接触測定方法。After the by presence or absence and striations recognizing means for recognizing the alignment direction of the processing striations, recognizes the machining streaks formed in the measurement target region of the workpiece surface,
Based on the recognition result by the streak recognition means, the non-contact displacement meter is arranged so that the plane including the light projecting element, the light receiving lens and the light receiving element is parallel to the processing streak, and the measurement is performed. The non-contact measuring method according to claim 3, wherein:
前記載置台上の被測定物表面にレーザ光を照射する投光素子と、前記被測定物表面によって反射されたレーザ光を受光する受光面を具備し、該受光面の法線が前記投光素子から照射されるレーザ光の光軸に対し傾斜した状態に配置される受光素子と、前記被測定物表面のレーザ光受光位置と前記受光素子との間に配置され、前記被測定物表面から反射されたレーザ光を集光して前記受光素子の受光面に結像せしめる受光レンズとからなる非接触変位計と、
前記非接触変位計を支持する支持手段と、
前記支持手段と載置台とを直交3軸方向に相対移動させる送り機構部と、
前記直交3軸方向における前記支持手段と載置台との間の相対位置を検出する位置検出器と、
前記送り機構部の作動を制御する送り制御手段と、
前記非接触変位計の受光素子からその受光位置に係るデータを受信し、受信した受光位置、並びに前記投光素子,受光レンズ及び受光素子の配置関係を基に、三角測量法によって前記被測定物表面におけるレーザ光受光位置の変位量を算出し、算出した変位量から前記被測定物に係る形状データを生成する形状データ生成手段とから構成されてなり、
前記被測定物表面に対し予め設定された測定対象点の変位量を測定するに当たり、
前記送り制御手段は、
前記非接触変位計から照射されるレーザ光が、前記被測定物表面における前記測定対象点を含む領域であって、直径が、前記被測定物表面の表面あらさに係るJIS B 0601に規定の凹凸平均間隔Smの0.5倍以上2倍以下である円領域内、且つ予め設定された経路で前記被測定物表面を照射するように、前記支持手段と載置台とを相対移動させて、前記非接触変位計を前記被測定物に対し走査させるように構成され、
前記形状データ生成手段は、
前記受光素子から受信される受光位置データを、前記経路の予め設定された間隔毎にサンプリングし、得られた各受光位置データを基に前記三角測量法によって前記被測定物表面におけるレーザ光受光位置の変位量をそれぞれ算出した後、算出した変位量の平均値を算出し、該平均値をもって前記測定対象点の変位量とするように構成されてなることを特徴とする非接触測定装置。A mounting table on which the object to be measured is mounted;
A light projecting element that irradiates a laser beam onto the surface of the object to be measured on the mounting table; and a light receiving surface that receives the laser light reflected by the surface of the object to be measured. A light receiving element disposed in an inclined state with respect to the optical axis of the laser light emitted from the element, and a laser light receiving position on the surface of the object to be measured and the light receiving element, and from the surface of the object to be measured A non-contact displacement meter comprising a light receiving lens for condensing the reflected laser light and forming an image on the light receiving surface of the light receiving element;
Support means for supporting the non-contact displacement meter;
A feed mechanism that relatively moves the support means and the mounting table in three orthogonal axes;
A position detector for detecting a relative position between the support means and the mounting table in the three orthogonal directions;
Feed control means for controlling the operation of the feed mechanism,
Data on the light receiving position is received from the light receiving element of the non-contact displacement meter, and the object to be measured is obtained by triangulation based on the received light receiving position and the arrangement relationship of the light projecting element, the light receiving lens, and the light receiving element. The amount of displacement of the laser beam receiving position on the surface is calculated, and is configured from shape data generating means for generating shape data relating to the object to be measured from the calculated amount of displacement,
In measuring the displacement of the measurement target point set in advance with respect to the surface of the object to be measured,
The feed control means includes
The laser beam emitted from the non-contact displacement meter is a region including the measurement target point on the surface of the object to be measured, and the diameter is uneven as defined in JIS B 0601 relating to the surface roughness of the surface of the object to be measured. The support means and the mounting table are moved relative to each other so as to irradiate the surface of the object to be measured in a circular region that is 0.5 times or more and 2 times or less of the average interval Sm , and A non-contact displacement meter is configured to scan the object to be measured;
The shape data generating means includes :
The light receiving position data received from the light receiving element is sampled at predetermined intervals of the path, and the laser light receiving position on the surface of the object to be measured by the triangulation method based on the obtained light receiving position data. A non-contact measuring apparatus configured to calculate an average value of the calculated displacement amounts and calculate the average value as a displacement amount of the measurement target point.
前記非接触変位計を、その投光素子から照射されるレーザ光の光軸周りに回転させる回転駆動手段と、
前記条痕認識手段から認識信号を受信し、前記条痕認識手段によって加工条痕の存在が確認された場合に、前記非接触変位計の前記投光素子,受光レンズ及び受光素子を含む平面が前記加工条痕に対して平行となるように、前記回転駆動手段の作動を制御して前記非接触変位計の回転位置を制御する回転制御手段とを更に備えたことを特徴とする請求項6又は7記載の非接触測定装置。The measurement object area on the surface of the object to be measured recognizes whether or not there is a machining mark formed by machining and aligned in one direction, and the stripe for recognizing the alignment direction of the machining mark. Recognition means;
Rotation driving means for rotating the non-contact displacement meter around the optical axis of the laser light emitted from the light projecting element;
A plane including the light projecting element, the light receiving lens, and the light receiving element of the non-contact displacement meter when a recognition signal is received from the mark recognizing means and the presence of a processed mark is confirmed by the mark recognizing means. wherein in parallel with respect to the processing striations, claim 6, wherein the rotation operation of the driving means controlled by further comprising a rotation control means for controlling the rotational position of the non-contact displacement meter Or the non- contact measuring apparatus of 7 .
前記条痕認識手段が、前記記憶手段に格納されたNCプログラム若しくはツールパスデータを基に、前記加工条痕を認識するように構成されてなる請求項8記載の非接触測定装置。Further comprising becomes in a storage means for storing the tool path data for generating an NC program or the NC program had use in machining of the object to be measured,
9. The non-contact measuring apparatus according to claim 8 , wherein the streak recognition unit is configured to recognize the processing streak based on an NC program or tool path data stored in the storage unit.
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