JPH0771933A - 形状測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 熱変形量を求めて補正することができる、温
度変化のある環境下において、測定精度を犠牲にするこ
となく、待ち時間を少なくして、形状測定が行なえる形
状測定方法および装置の提供。 【構成】 被測定物の外形に沿って配置される複数の測
定点の位置を測定して測定点の形状を測定する形状測定
方法が開示される。この方法は、被測定物の熱変形量と
予め定めた参照点の位置座標との比例関係に基づく補正
定数を予め記憶しておく。被測定物の各測定点について
の位置の測定と、各測定点についての位置測定時に、参
照点の位置座標の測定とを行なう。そして、各測定値に
ついて、補正定数と、測定時点の参照点の位置座標との
関係により、補正値を求めて補正演算を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、温度変化のある環境下
における被測定物の形状測定方法に係り、特に、ＮＣ加
工機等に使用できる形状測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワークを加工した後、ワークの加工形状
の良否の判断や、引き続き行う補正加工に使用する補正
データを得るために、形状測定が行なわれる。この場
合、ワーク着脱に伴う時間の損失を無くすためと、ワー
ク取り付け状態の再現性が得にくく、補正加工の加工精
度が悪くなるため、ワークを加工機に取り付けたまま、
形状測定を行うことが行なわれる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このように加工機上で
ワークの形状を測定する場合、加工中、ワークを回転さ
せている主軸モータの発熱により、ワーク取り付け部が
温度上昇している。加工後、測定するために主軸モータ
を停止させると、ワーク取り付け部の温度が下降してい
く。ところで、形状測定は、温度変化の少ない安定した
状態になってからでないと正確な測定ができない。しか
し、温度が安定するまでの待ち時間が長い。このため、
従来は、実用的には待ち時間を少なくして、測定精度を
犠牲にして測定を行っていた。

【０００４】本発明の目的は、温度変化のある環境下に
おいて、測定精度を犠牲にすることなく、待ち時間を少
なくして、形状測定が行なえる形状測定方法および装置
を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の一態様によれば、被測定物の外形に沿って配置
される複数の測定点の位置を測定して測定点の形状を測
定する形状測定方法において、被測定物の熱変形量と予
め定めた参照点の位置座標との比例関係に基づく補正定
数を予め記憶し、被測定物の各測定点についての位置の
測定と、各測定点についての位置測定時に、参照点の位
置座標の測定とを行ない、各測定値について、補正定数
と、測定時点の参照点の位置座標との関係により、補正
値を求めて補正演算を行なうことを特徴とする形状測定
方法が提供される。

【０００６】また、本発明の他の態様によれば、被測定
物の外形に沿って配置される複数の測定点に対して相対
移動して、測定点との相対位置関係を検出する測定端子
と、各測定点での測定端子の出力およびその位置に基づ
いて、被測定物の形状を求める情報処理装置と、測定端
子を各測定点ごとの目標位置に移動させると共に、それ
ぞれの測定点に対して相対移動させる移動機構とを備え
る形状測定装置において、情報処理装置は、被測定物の
外形に沿って配置される複数の測定点のそれぞれについ
ての測定端子の出力を取り込んで、被測定物の形状の測
定を行なう形状測定手段と、形状測定値を記憶する形状
測定値記憶手段と、各測定点の位置測定時に、参照点に
ついての位置座標を測定する参照点位置座標測定手段
と、測定された位置座標を測定点対応に記憶する参照点
位置座標記憶手段と、被測定物の熱変形量と参照点の位
置座標との比例関係に基づく補正定数を外部から入力す
るための補正定数入力手段と、入力された補正定数を記
憶する補正定数記憶手段と、被測定物の形状の補正演算
を行なう補正演算処理手段と、演算された補正演算値を
記憶する補正演算値記憶手段と、外部からの測定指令の
受付、補正演算値記憶手段に記憶されている補正演算値
を出力する入出力手段とを備え、補正演算処理手段は、
被測定物の各測定点についての位置の測定値を測定値記
憶手段から読み出し、各測定点について、参照点位置座
標記憶手段からその測定位置座標を読み出し、さらに、
補正定数記憶手段から補正定数を読み出して、測定位置
座標と補正定数とから補正値を求め、この補正値により
測定値の補正を行なうことを特徴とする形状測定装置が
提供される。

【０００７】

【作用】本発明では、被測定物の形状の温度変化による
熱変形量ついて、参照点の位置座標との比例関係に基づ
いて、それを補正するための補正定数を予め求めてお
き、これにより、測定値の補正を行なう。すなわち、各
測定点について、それぞれの位置測定の際の、参照点の
位置座標を知ることにより、この補正定数から補正量を
求め、それにより位置の測定値を補正することができ
る。

【０００８】このように、本発明によれば、熱変形量を
求めて補正することができるので、位置座標変化のある
環境下において、測定精度を犠牲にすることなく、待ち
時間を少なくして、形状測定が行なえる。すなわち、本
発明を加工機に適用すれば、高精度で高スループットの
ワークの形状測定ができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。

【００１０】図１に、本発明の第１実施例を加工機１に
適用した状態の概要を示す。図２に、本実施例で用いら
れる情報処理装置のハードウエアシステム構成の一例を
示す。また、図３に、本実施例における情報処理装置の
機能の概要を示す。

【００１１】図１において、本実施例は、被測定物５０
に対して相対移動可能に設けられて、被測定物の相対位
置関係を検出する測定端子７０と、予め定めた原点を基
準として、この測定端子７０の位置を測定する位置測定
器９０と、測定データの処理を行なう情報処理装置１０
と、測定端子７０と被測定物（ワーク）とを移動させる
移動機構８０とを有する。測定端子７０と位置測定器９
０（測長計９１）とは、図２に示すように、加工機１に
搭載される。

【００１２】本実施例の形状測定装置は、加工機１に設
けられる。加工機１は、移動機構８０として、被測定物
５０であるワークを載置するステージ８１と、ステージ
８１を移動自在に支持するための支持台８２と、ステー
ジ８１を必要量移動させるためのステージ駆動装置８３
と、工具台５１および測定端子７０を支持するためのス
テージ８４と、ステージ８４を移動自在に支持するため
の支持台８５と、ステージ８４を必要量移動させるため
のステージ駆動装置８６とを有する。また、加工機１
は、ステージ駆動装置８３，８６の動作を制御するＮＣ
コントローラ３０と、このＮＣコントローラ３０と情報
処理装置１０とに接続されるホストコンピュータ４０と
で、制御される。ホストコンピュータ４０は、ＮＣコン
トローラ３０の制御プログラム、および、加工、測定等
のために必要な各種パラメータを作成して、これに出力
すると共に、情報処理装置１０からの形状測定情報を取
り込んで、修正プログラム、パラメータ等を作成して、
ＮＣコントローラ３０に送る。

【００１３】測定端子（測定プローブ）７０は、例え
ば、差動トランスにより構成され、中心位置から±の変
位量を示す信号を出力する。測定端子７０は、本実施例
では、接触式の例を示すが、非接触式であってもよい。

【００１４】位置測定器９０は、本実施例では、光学式
の測長計９１が用いられる。すなわち、ステージ８１に
ミラー９４が、ステージ８４にミラー９６がそれぞれ取
り付けられ、前者には、ミラー９２および９３を介し
て、また、後者には、ミラー９５を介して、それぞれ光
線が入射される。本実施例の測長計９１は、ミラー９４
および９６の変位を光学的に測定すると共に、予め定め
た原点を基準とする座標データを出力する。本実施例で
は、加工機に備え付けられているものを共用している
が、独自に設けてもよい。

【００１５】情報処理装置１０は、図２に示すように、
中央処理ユニット（ＣＰＵ）１０１と、ＣＰＵ１０１の
プログラムおよび各固定データを記憶する第１のメモリ
（ＲＯＭ）１０２と、外部から読み込んだデータ、演算
結果等を格納する第２のメモリ（ＲＡＭ）１０３と、外
部のホストコンピュータ４０との接続を行なうホストコ
ンピュータインタフェース１０４と、測長計９１との接
続を行なう測長計インタフェース１０５と、測定端子７
０からの出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変
換器１０７とを有する。なお、入力装置、表示装置等
は、本実施例では、ホストコンピュータ４０に設けられ
ているものを用いる。もちろん、情報処理装置１０に、
入力装置および表示装置を接続する構成としてもよい。

【００１６】情報処理装置１０は、ＣＰＵ１０１および
第１、第２のメモリ１０２，１０３により、図３に示す
各種機能を実行する。

【００１７】すなわち、情報処理装置１０は、ホストコ
ンピュータ４０との間でデータの授受を行なうための外
部通信手段１１と、外部通信手段１１を介してホストコ
ンピュータ４０から送られる測定指令を受けて測定端子
７０からの出力信号を取り込んで、被測定物の形状を測
定する形状測定手段１２と、各測定点についての測定値
を記憶する形状測定値記憶手段１３と、上記測定指令を
受けて参照点の位置座標を測定する参照点位置座標測定
手段２３と、参照点位置座標を測定点対応に記憶する参
照点位置座標記憶手段２４と、形状測定値の温度変化を
補正する演算を行なう補正演算処理手段１４と、補正演
算された測定値を記憶する補正演算値記憶手段１５と、
補正演算で用いる補正定数を外部から入力するための補
正定数入力手段２６と、入力された補正定数を記憶する
ための補正定数記憶手段２７とを有する。

【００１８】参照点位置座標測定手段２３は、本実施例
では、測長計２５によって構成される。そして、図９、
１０に示すように、被測定物（ワーク）５０を取り付け
るためのワーク取付け部５２に参照点を示す反射部５２
ａを設け、測長器２１から反射部５２ａに測定光を照射
して、その反射光を受光することで、参照点の位置を測
定する。反射部５２ａは、図９に示すように、ワーク取
付け部５２の表面に設けても良いし、図１０のように、
ワーク取付け部５２の内部に設けた測定光用の通路の先
端部に設けてもよい。

【００１９】形状測定手段１２は、被測定物５０の外形
に沿って配置される複数の測定点のそれぞれについての
測定端子７０の出力を取り込んで、被測定物５０の形状
の測定を行なう。個々の測定点については、それぞれの
測定点と測定端子７０との相対位置を検出する。測定端
子７０の位置は、それを移動させる移動機構８０に対す
る移動指令の目標位置の座標から分かる。この目標位置
は、ホストコンピュータ４０がＮＣコントローラ３０に
送る。情報処理装置１０は、この目標位置の情報をホス
トコンピュータ４０から受け取ることで、これと測定端
子７０の出力とから各測定点の位置を求めることができ
る。すなわち、形状測定手段１２は、各測定点の位置を
測定することにより、それらが配列される被測定物の形
状を測定する。

【００２０】形状測定値記憶手段１３と、参照点位置座
標記憶手段２４と、補正演算値記憶手段１５とは、第２
のメモリ１０３に、それぞれの格納領域が設けられるこ
とにより構成される。

【００２１】補正定数入力手段２６は、例えば、キーボ
ード、テンキーを含むキーパッド、デジタルスイッチ等
の入力機器が接続される。本実施例では、キーパッド２
０が接続される。このキーパッド２０は、テンキー入力
部２０ａと、入力された値、情報処理装置からのメッセ
ージ等を表示する表示部２０ｂを有する。なお、外部通
信手段１１を介してホストコンピュータ４０から、補正
定数の入力を行なうか否かの指示および補正定数を転送
して入力するようにしてもよい。

【００２２】入力された定数は、補正定数記憶手段２７
に格納される。この補正定数記憶手段２７は、例えば、
レジスタにより構成される。なお、この補正定数は、ワ
ークの材質よって異なる値を設定するようにしてもよ
い。この場合、ワークの材質が変わるたびに設定しなお
すことは煩雑であるので、予め複数種の補正定数をセッ
トしておいて、それらから適用する値を選択するように
してもよい。このとき、補正定数入力手段２６には、こ
のような選択操作が行なえるキーおよび機能を設けてお
く。また、補正定数記憶手段２７は、上記した第２のメ
モリ１０３に、格納領域を設けて、構成してもよい。

【００２３】また、ホストコンピュータ４０から補正定
数の入力を行なう場合には、ホストコンピュータに、各
種の補正定数を記憶しておき、ホストコンピュータ４０
において、必要な補正定数の選択を行なって、該当する
補正定数を情報処理装置１０に転送するようにしてもよ
い。

【００２４】次に、本実施例の測定動作について、説明
する。

【００２５】図４に、測定動作の手順の概要を示す。こ
の手順は、ホストコンピュータ４０およびそれにしたが
って動作する情報処理装置１０によって実行される。な
お、本実施例では、被測定物の理論形状が予め与えら
れ、測定端子７０によりその形状誤差を測定して、被測
定物の形状を測定するものとする。もちろん、理論形状
を与えずに、形状を測定することもできる。この場合に
は、測長計９１の出力値と測定端子７０の出力とから、
被測定物の各測定点の位置座標を求めることにより、被
測定物の形状を測定する。

【００２６】測定に先だって、情報処理装置１０は、補
正定数入力手段２６において、形状測定値と参照点の位
置座標との比例定数Ａ（以下、単に補正定数という）の
入力を受け付ける。まず、補正定数の入力が必要か否か
を判定する（ステップ９０１）。これは、入力／非入力
のそれぞれについて、予め定義されたキー（複数個の場
合もある）をユーザが押すと、補正定数入力手段２６が
それを判定することにより行なわれる。なお、専用キー
を設けて、そのキー操作に基づいて判定するようにして
もよい。

【００２７】補正定数の入力が必要な場合、ユーザのキ
ー入力を受付、補正定数記憶手段２７に格納する（ステ
ップ９０２）。これは、ユーザが、被測定物について予
め求めてある補正定数を、例えば、キー入力することに
より行なう。補正定数の入力が必要ない場合、このステ
ップは、とばす。

【００２８】比例定数Ａは、例えば、図８に示すよう
に、参照点の位置座標の変化と熱変形量の変化の比例関
係を示す。

【００２９】次に、ホストコンピュータ４０は、ＮＣコ
ントローラ３０に、測定端子７０を測定点Ｐ１に移動さ
せるよう指示する（ステップ９０３）。測定点Ｐ１への
移動は、測長計９１による測定端子および被測定物の相
対移動位置を測定することにより、精度よく行なわれ
る。

【００３０】次に、情報処理装置に対して、測定指令を
出力する。情報処理装置１０において、外部通信手段１
１を経てこの測定指令を受けると、形状測定手段１２が
１回目のＰ１点についての形状測定（以下では、形状測
定というが、厳密には、位置測定である）を行なう。す
なわち、測定端子７０からその出力値Ｍ１を取り込む。
また、参照点位置座標測定手段２３が、その時の位置座
標Ｚ１を検出する。そして、これらは、形状測定値記憶
手段１３および参照点位置座標記憶手段２４によりそれ
ぞれ記憶される（ステップ９０４）。

【００３１】ここで、測定端子７０による形状誤差の測
定について、説明する。ここでは、差動トランス型の測
定端子を用いた場合の測定原理を説明する。

【００３２】図５（Ａ）は、測定端子７０を理論位置に
移動させたときに被測定物５０の形状が理論形状にある
とき、すなわち、被測定物５０と測定端子７０が理論位
置で接触した状態を示している。この時、測定端子７０
の出力電圧が零になるようあらかじめ測定端子７０は調
整されている。

【００３３】図５（Ｂ）は、測定端子７０を理論位置に
移動させたときに被測定物５０が理論形状に対して形状
誤差３２があるとき、すなわち、被測定物５０と測定端
子７０が理論位置に対して形状誤差３２がある位置で接
触した状態を示している。

【００３４】一方、形状誤差と測定端子の出力電圧の関
係は、図６のように、予めわかっているので、測定端子
の出力電圧を測定すれば、形状誤差ｅを求められる。

【００３５】このとき、ワークと測定端子の位置精度
は、ワークと測定端子が取り付けられている、各ステー
ジの位置制御に使用されている測長計９１により、保証
されている。

【００３６】本例では、加工機１のステージ８１に取り
付けられている被測定物５０、ステージ８４に取り付け
られている測定端子７０を、図７の測定手順で移動させ
る、Ｐ１からＰＮまでの各測定点の位置は、被測定物５
０が理論値通りにできていると仮定して、測定端子７０
の出力電圧が零となる位置にする。各測定点の位置で得
られた測定端子７０の出力電圧が、形状測定手段１２に
よって取り込まれる。次に、測定点Ｐｉに移動して、形
状測定および参照点位置座標の測定を行ない、その結果
である形状測定値Ｍｉおよび参照点位置座標Ｚｉを記憶
する（ステップ９０５，９０６）。これを、測定点の数
Ｎだけ行なう（ステップ９０７）。

【００３７】次に、補正演算処理手段１４は、形状測定
値と参照点位置座標の比例関係から、予め入力された補
正定数Ａを用いて、次式に示すように、測定点Ｐｉの形
状測定値の補正計算を行なって、補正された測定値であ
る補正形状測定値Ｍｉ＜ｈ＞を求め、これを補正演算値
記憶手段１５に格納する（ステップ８０８）。

【００３８】

【数１】Ｍｉ＜ｈ＞＝Ｍｉ−Ａ＊（Ｚｉ−Ｚ１） つまり、最初にＰ１点を測定し、次に、Ｐ２点を測定
し、続いて、Ｐ３点、Ｐ４点と測定していき、最後にＰ
Ｎ点を測定する。そして、前記測定原理により、形状誤
差を算出する。その測定結果の一例を、表１に示す。

【００３９】

【表１】

【００４０】表１によれば、測定回と共に、測定温度が
変化して、それに伴って、熱変形量が変化していること
が分かる。

【００４１】上記各実施例では、情報処理装置とＮＣコ
ントローラ３０とが独立のハードウエア資源を用いて構
成されているが、本発明は、これに限定されない。例え
ば、図１０および図１１に示す構成とすることができ
る。ここで、図１１および図１２に示すハードウエアシ
ステムについて、上記した図１および図２に示すシステ
ムとの相違点を中心に説明する。

【００４２】図１１に示す加工機１は、情報処理装置１
０とＮＣコントローラ３０とを共通のハードウエア資源
である制御コンピュータ１００で構成している。従っ
て、情報処理装置１０とＮＣコントローラ３０とは、そ
れぞれ制御コンピュータ１００の機能として実現され
る。

【００４３】図１２に示すハードウエアシステムは、Ｃ
ＰＵ１０１からの制御信号をアナログ信号に変換してス
テージ駆動装置８３，８６に出力するＤ／Ａ変換器１０
６をさらに備え、他の構成は、図２に示すハードウエア
システムと同じハードウエア資源で構成される。また、
本実施例における情報処理装置１０とＮＣコントローラ
３０とは、機能的には、上記した図１に示すものと同じ
である。従って、本例では、同一の符号を付してある。
それらの機能については、すでに述べた説明を参照され
たい。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、熱変形量を求めて補正
することができるので、温度変化のある環境下におい
て、測定精度を犠牲にすることなく、待ち時間を少なく
して、形状測定が行なえる。すなわち、本発明を加工機
に適用すれば、高精度で高スループットのワークの形状
測定ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例が適用される加工機の構成の一
例を示すブロック図。

【図２】本発明の実施例において用いられる情報処理装
置のハードウエアシステム構成を示すブロック図。

【図３】本発明の実施例で用いられる情報処理装置の構
成を機能的に示すブロック図。

【図４】本発明の実施例の測定手順を示すフローチャー
ト。

【図５】本発明の実施例において用いられる測定端子の
測定原理を示す説明図。

【図６】上記測定端子の出力特性の一例を示すグラフ。

【図７】被測定物の各測定点についての測定順を示す説
明図。

【図８】測定時間の経過と、参照点の位置座標と熱変形
量の変化との関係の一例を示すグラフ。

【図９】本発明の実施例で用いられる参照点を構成する
測長器の一例を示す説明図。

【図１０】本発明の実施例で用いられる参照点を構成す
る測長器の他の例を示す説明図。

【図１１】本発明の実施例が適用される加工機の構成の
他の例を示すブロック図。

【図１２】本発明の実施例において用いられる情報処理
装置のハードウエアシステム構成の他の例を示すブロッ
ク図。

【符号の説明】

１…加工機、１０…情報処理装置、１１…外部通信手
段、１２…形状測定装置、１３…形状測定値記憶手段、
１４…補正演算処理手段、１５…補正演算値記憶手段、
２３…参照点位置座標測定手段、２４…参照点位置座標
記憶手段、２５…測長器、２６…補正定数入力手段、２
７…補正定数記憶手段、２０…キーパッド、２０ａ…テ
ンキー入力部、２０ｂ…表示部、３０…ＮＣコントロー
ラ、４０…ホストコンピュータ、５０…被測定物（ワー
ク）、５１…工具台、５２…ワーク取付け部、７０…測
定端子。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被測定物の外形に沿って配置される複数の
   測定点の位置を測定して測定点の形状を測定する形状測
   定方法において、 被測定物の熱変形量と予め定めた参照点の位置座標との
   比例関係に基づく補正定数を予め記憶し、 被測定物の各測定点についての位置の測定と、各測定点
   についての位置測定時に、参照点の位置座標の測定とを
   行ない、 各測定値について、補正定数と、測定時点の参照点の位
   置座標との関係により、補正値を求めて補正演算を行な
   うことを特徴とする形状測定方法。
2. 【請求項２】被測定物の外形に沿って配置される複数の
   測定点に対して相対移動して、測定点との相対位置関係
   を検出する測定端子と、各測定点での測定端子の出力お
   よびその位置に基づいて、被測定物の形状を求める情報
   処理装置と、測定端子を各測定点ごとの目標位置に移動
   させると共に、それぞれの測定点に対して相対移動させ
   る移動機構とを備える形状測定装置において、 情報処理装置は、 被測定物の外形に沿って配置される複数の測定点のそれ
   ぞれについての測定端子の出力を取り込んで、被測定物
   の形状の測定を行なう形状測定手段と、 形状測定値を記憶する形状測定値記憶手段と、 各測定点の位置測定時に、参照点についての位置座標を
   測定する参照点位置座標測定手段と、 測定された位置座標を測定点対応に記憶する参照点位置
   座標記憶手段と、 被測定物の熱変形量と参照点の位置座標との比例関係に
   基づく補正定数を外部から入力するための補正定数入力
   手段と、 入力された補正定数を記憶する補正定数記憶手段と、 被測定物の形状の補正演算を行なう補正演算処理手段
   と、 演算された補正演算値を記憶する補正演算値記憶手段
   と、 外部からの測定指令の受付、補正演算値記憶手段に記憶
   されている補正演算値を出力する入出力手段とを備え、 補正演算処理手段は、被測定物の各測定点についての位
   置の測定値を形状測定値記憶手段から読み出し、各測定
   点について、参照点位置座標記憶手段からその測定位置
   座標を読み出し、さらに、補正定数記憶手段から補正定
   数を読み出して、測定位置座標と補正定数とから補正値
   を求め、この補正値により測定値の補正を行なうことを
   特徴とする形状測定装置。