寸法測定方法及び装置
【課題】 非接触三次元測定装置を用いて製缶構造物の寸法測定を行う方法と装置を提供する。
【解決手段】 寸法測定装置１は、マスト１０とターンテーブル３０を備え、レーザビームを用いた三次元測定機２２はマスト１０に昇降自在に取付けられる。ターンテーブル３０上にはワーク１００が取付けられ、基準点位置に複数のスチールボールＢ１，Ｂ２・・・が置かれる。三次元測定機２２は、複数のスチールボールの位置を測定するとともに、ワークの各部の座標位置の測定データを得る。測定データで作成されたワーク形状をＣＡＤデータに重ね合わせて、ベストフィットを得る。ベストフィットに基づいてワークの各部品の寸法を測定する。
【解決手段】 寸法測定装置１は、マスト１０とターンテーブル３０を備え、レーザビームを用いた三次元測定機２２はマスト１０に昇降自在に取付けられる。ターンテーブル３０上にはワーク１００が取付けられ、基準点位置に複数のスチールボールＢ１，Ｂ２・・・が置かれる。三次元測定機２２は、複数のスチールボールの位置を測定するとともに、ワークの各部の座標位置の測定データを得る。測定データで作成されたワーク形状をＣＡＤデータに重ね合わせて、ベストフィットを得る。ベストフィットに基づいてワークの各部品の寸法を測定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型の構造物の寸法測定に適した寸法測定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、鉄道車両の台車枠等の構造物は、鋼材をプレス加工や鋳造加工した部品を溶接加工等により製缶し、製造される。
台車枠は、他の部品の取付けのために、機械加工が施されるので、台車枠素材の各部の寸法、形状を正確に測定する必要がある。
大型の構造物を非接触で測定する手段として、レーザ光を利用した測定方法が本出願人により提案されており、下記の特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１３０８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、上述した技術を更に発展させたレーザ光を利用した三次元測定機と旋回テーブルを備えた測定方法と装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明の寸法測定方法は、非接触三次元測定機と、寸法測定の対象ワークを載置するターンテーブルと、ターンテーブル上に設定される複数の基準点を備え、非接触三次元測定機は、ターンテーブル上の基準点を測定することにより、測定機の位置データを修正し、修正した位置データに基いてターンテーブル上のワークを測定するものである。
また、本発明の寸法測定装置は、レーザビームを用いた非接触三次元測定装置と、非接触三次元測定装置を昇降駆動する昇降装置と、ワークを載置するターンテーブルと、ターンテーブルと、ターンテーブル上に設定される複数の基準点にとりつけられるボールと、を備え、非接触三次元測定機は、ターンテーブル上のボールの位置をレーザビームにより測定して、測定機の位置データを修正する機能と、修正された位置データに基いてワークの各部にレーザビームを照射してワークの寸法を測定する機能を備えるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
図１は、本発明の寸法測定装置の外観図である。
全体を符号１で示す寸法測定装置は、ベース５で連結されるマスト１０とターンテーブル３０を備える。マスト１０は、ガイドレール１２を有し、測定ヘッド２０をＺ軸方向に案内する。なお、マストとターンテーブルは互に独立した構造とすることもできる。
【０００６】
測定ヘッド２０は、三次元測定機２２を有し、三次元測定機２２は、レーザビームＬＢをワーク１００の各部位に照射し、三次元データを検知する。三次元データは、ラインＬ１を介してパソコンＰＣ１に送られ、データ処理される。
このデータは、ラインＬ２を介して複合加工機ＭＴの制御用パソコンＰＣ２に送られ、取付位置等の加工用に利用される。
【０００７】
ターンテーブル３０は、矢印Ｒ１方向に３６０度旋回可能であり、この旋回角度位置情報はＰＣ１に送られる。
【０００８】
ターンテーブル３０上には、取付治具３２を介してワーク１００が取付けられる。ターンテーブル３０上には、基準点位置に複数のスチールボールＢ１、Ｂ２、Ｂ３、・・・が設置される。
三次元測定機２２は、このターンテーブル３０上のスチールボールの位置を測定し、ワークの各部の座標位置の測定データと関連づける。各方位からの測定データも、スチールボールの測定データによって関連づけられる。
【０００９】
図２は、ワークである台車枠素材の外観を示す。
台車枠１００は、レール方向に延びる２本の部材１１０と、部材１１０を連結する２本のパイプ部材１２０を備える。そして各部材には、モータやブレーキ装置を取付けるための座を有するフランジ部材等の部品が溶接等により固着される。
【００１０】
図３は、図２に示した台車枠１００を三次元測定機により測定した全体のデータＤ１を示す。
パソコンＰＣ１は、ワーク１００のＣＡＤデータＣ１を記載している。図４は、このワーク１００のＣＡＤデータＣ１に図３で示した測定データＤ１を重ね合わせたものを示す。
【００１１】
図５は、測定データのうちから、部品測定データＰＤ１のみをとり出したものを示す。
【００１２】
図６は、部品測定データＰＤ１をワーク１００のＣＡＤデータＣ１に重ね合わせた状態を示し、図７は、図６の要部の拡大図である。
【００１３】
図７は、ワーク１００の部材の取付座１５２の拡大図であって、取付座１５２のＣＡＤデータＣ１に部品測定データＰＤ１を重ね合わせた状態を示す。
ワーク１００のＣＡＤデータＣ１に対して、実際のワークを測定した部品データＰＤ１の差を評価して、例えば後工程の機械加工での削り代等を算出する。各部品の削り代等が最適（ベストフィット）すなわち、ＣＡＤデータと測定データの誤差が最小となるように、測定データを移動させて、ＣＡＤデータとの重ね合わせ操作を繰り返す。
ベストフィットが見出せれば、このときのワークの基準面をワーク表面に対してケガキを施し、後工程の機械加工の基準面として利用する。ケガキは、あらかじめワークに塗布しておいた塗料（例えば、有機ホウ素系塗料）にレーザを照射し、この塗料を変色させる。
【００１４】
図８は、測定処理のフロー図である。
ステップＳ１０でスタートした処理は、ステップＳ１１で三次元測定機２２のＺ軸方向の現在の位置とターンテーブル３０の現在の旋回角度データをパソコンＰＣ１に転送する。
ステップＳ１２で三次元測定機の昇降装置とターンテーブルを駆動し、ステップＳ１３でターンテーブル上の基準点に配置した各ボールＢ１、Ｂ２、・・・を測定し、ステップＳ１４で三次元測定機の位置データを修正する。
【００１５】
ステップＳ１５では、ターンテーブル上に取り付けたワークの位置確認のための測定を行い、ステップＳ１６でワークの取り付け位置の確認を行う。
ワークの取り付け位置が不良であれば、ステップＳ１７でワークの取り付け位置の再確認が必要な旨のアラームを出し、ステップＳ１５へ戻る。
ワークの位置がおおむね適正であれば、ステップＳ１８へ移行し、三次元測定機の昇降位置とターンテーブルを駆動し、ステップＳ１９でターンテーブル上の基準点のボールを測定する。ステップＳ２０で三次元測定機の位置データを修正し、ステップＳ２１でワーク外形の測定を実行する。必要に応じてステップＳ１８以下の工程を繰返す。
【００１６】
ステップＳ２２でワーク外形の測定データのノイズを除去し、ステップＳ２３でワーク外形のＣＡＤデータとの間でベストフィット処理を行う。
ベストフィット処理が完了したら、ステップＳ２４で三次元測定機の昇降装置とターンテーブルを駆動して位置を設定し、ステップＳ２５でターンテーブル上の基準点の測定を行い、ステップＳ２６で三次元測定機の位置データを修正し、ステップＳ２７でワークの各部品の詳細を測定する。ステップＳ２４以下の工程を必要回数繰返す。
【００１７】
ステップＳ２８で部品詳細測定データのノイズを除去し、ステップＳ２９でＣＡＤデータと比較して部品取付位置誤差を算出する。ステップＳ３０で誤差、加工補正データを複合加工機側のパソコンへ出力する。
ステップＳ３１で再度三次元測定機の昇降装置とテーブルを駆動し、ステップＳ３２で基準点の測定を行う。ステップＳ３３で三次元測定機の位置データを修正し、ステップＳ３４でワークの基準断面の計測を行う。ワークの基準断面は図２の面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４で示される。
【００１８】
ステップＳ３５で三次元測定機の昇降装置とターンテーブルを駆動し、ステップＳ３６でワーク上の基準面断面線を指示し、ケガキを施す。このケガキは、例えばワーク表面に薬剤を塗布し、レーザビームを照射することにより、薬剤がその部分だけ着色されるような手段を用いる。
これにより、非接触で行うことができる。
このケガキ工程は必要回数繰返して行う。ケガキ処理が完了したなら、Ｓ３７で三次元測定機の昇降装置とターンテーブルを原点位置に復帰させ、ステップＳ３８で処理を終了する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の寸法測定装置の外観図。
【図２】台車枠の斜視図。
【図３】台車枠の測定データを示す説明図。
【図４】測定データとＣＡＤデータの重ね合わせを示す説明図。
【図５】部品の測定データを示す説明図。
【図６】部品の測定データとＣＡＤデータの重ね合わせを示す説明図。
【図７】部品の測定データとＣＡＤデータの重ね合わせを示す拡大説明図。
【図８】本発明の寸法測定とケガキの処理を示すフロー図。
【符号の説明】
【００２０】
１ 寸法測定装置
１０ マスト
２０ 測定ヘッド
２２ 三次元測定機
３０ ターンテーブル
１００ ワーク
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３・・・ ボール
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型の構造物の寸法測定に適した寸法測定方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、鉄道車両の台車枠等の構造物は、鋼材をプレス加工や鋳造加工した部品を溶接加工等により製缶し、製造される。
台車枠は、他の部品の取付けのために、機械加工が施されるので、台車枠素材の各部の寸法、形状を正確に測定する必要がある。
大型の構造物を非接触で測定する手段として、レーザ光を利用した測定方法が本出願人により提案されており、下記の特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００４−１３０８７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、上述した技術を更に発展させたレーザ光を利用した三次元測定機と旋回テーブルを備えた測定方法と装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するために、本発明の寸法測定方法は、非接触三次元測定機と、寸法測定の対象ワークを載置するターンテーブルと、ターンテーブル上に設定される複数の基準点を備え、非接触三次元測定機は、ターンテーブル上の基準点を測定することにより、測定機の位置データを修正し、修正した位置データに基いてターンテーブル上のワークを測定するものである。
また、本発明の寸法測定装置は、レーザビームを用いた非接触三次元測定装置と、非接触三次元測定装置を昇降駆動する昇降装置と、ワークを載置するターンテーブルと、ターンテーブルと、ターンテーブル上に設定される複数の基準点にとりつけられるボールと、を備え、非接触三次元測定機は、ターンテーブル上のボールの位置をレーザビームにより測定して、測定機の位置データを修正する機能と、修正された位置データに基いてワークの各部にレーザビームを照射してワークの寸法を測定する機能を備えるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
図１は、本発明の寸法測定装置の外観図である。
全体を符号１で示す寸法測定装置は、ベース５で連結されるマスト１０とターンテーブル３０を備える。マスト１０は、ガイドレール１２を有し、測定ヘッド２０をＺ軸方向に案内する。なお、マストとターンテーブルは互に独立した構造とすることもできる。
【０００６】
測定ヘッド２０は、三次元測定機２２を有し、三次元測定機２２は、レーザビームＬＢをワーク１００の各部位に照射し、三次元データを検知する。三次元データは、ラインＬ１を介してパソコンＰＣ１に送られ、データ処理される。
このデータは、ラインＬ２を介して複合加工機ＭＴの制御用パソコンＰＣ２に送られ、取付位置等の加工用に利用される。
【０００７】
ターンテーブル３０は、矢印Ｒ１方向に３６０度旋回可能であり、この旋回角度位置情報はＰＣ１に送られる。
【０００８】
ターンテーブル３０上には、取付治具３２を介してワーク１００が取付けられる。ターンテーブル３０上には、基準点位置に複数のスチールボールＢ１、Ｂ２、Ｂ３、・・・が設置される。
三次元測定機２２は、このターンテーブル３０上のスチールボールの位置を測定し、ワークの各部の座標位置の測定データと関連づける。各方位からの測定データも、スチールボールの測定データによって関連づけられる。
【０００９】
図２は、ワークである台車枠素材の外観を示す。
台車枠１００は、レール方向に延びる２本の部材１１０と、部材１１０を連結する２本のパイプ部材１２０を備える。そして各部材には、モータやブレーキ装置を取付けるための座を有するフランジ部材等の部品が溶接等により固着される。
【００１０】
図３は、図２に示した台車枠１００を三次元測定機により測定した全体のデータＤ１を示す。
パソコンＰＣ１は、ワーク１００のＣＡＤデータＣ１を記載している。図４は、このワーク１００のＣＡＤデータＣ１に図３で示した測定データＤ１を重ね合わせたものを示す。
【００１１】
図５は、測定データのうちから、部品測定データＰＤ１のみをとり出したものを示す。
【００１２】
図６は、部品測定データＰＤ１をワーク１００のＣＡＤデータＣ１に重ね合わせた状態を示し、図７は、図６の要部の拡大図である。
【００１３】
図７は、ワーク１００の部材の取付座１５２の拡大図であって、取付座１５２のＣＡＤデータＣ１に部品測定データＰＤ１を重ね合わせた状態を示す。
ワーク１００のＣＡＤデータＣ１に対して、実際のワークを測定した部品データＰＤ１の差を評価して、例えば後工程の機械加工での削り代等を算出する。各部品の削り代等が最適（ベストフィット）すなわち、ＣＡＤデータと測定データの誤差が最小となるように、測定データを移動させて、ＣＡＤデータとの重ね合わせ操作を繰り返す。
ベストフィットが見出せれば、このときのワークの基準面をワーク表面に対してケガキを施し、後工程の機械加工の基準面として利用する。ケガキは、あらかじめワークに塗布しておいた塗料（例えば、有機ホウ素系塗料）にレーザを照射し、この塗料を変色させる。
【００１４】
図８は、測定処理のフロー図である。
ステップＳ１０でスタートした処理は、ステップＳ１１で三次元測定機２２のＺ軸方向の現在の位置とターンテーブル３０の現在の旋回角度データをパソコンＰＣ１に転送する。
ステップＳ１２で三次元測定機の昇降装置とターンテーブルを駆動し、ステップＳ１３でターンテーブル上の基準点に配置した各ボールＢ１、Ｂ２、・・・を測定し、ステップＳ１４で三次元測定機の位置データを修正する。
【００１５】
ステップＳ１５では、ターンテーブル上に取り付けたワークの位置確認のための測定を行い、ステップＳ１６でワークの取り付け位置の確認を行う。
ワークの取り付け位置が不良であれば、ステップＳ１７でワークの取り付け位置の再確認が必要な旨のアラームを出し、ステップＳ１５へ戻る。
ワークの位置がおおむね適正であれば、ステップＳ１８へ移行し、三次元測定機の昇降位置とターンテーブルを駆動し、ステップＳ１９でターンテーブル上の基準点のボールを測定する。ステップＳ２０で三次元測定機の位置データを修正し、ステップＳ２１でワーク外形の測定を実行する。必要に応じてステップＳ１８以下の工程を繰返す。
【００１６】
ステップＳ２２でワーク外形の測定データのノイズを除去し、ステップＳ２３でワーク外形のＣＡＤデータとの間でベストフィット処理を行う。
ベストフィット処理が完了したら、ステップＳ２４で三次元測定機の昇降装置とターンテーブルを駆動して位置を設定し、ステップＳ２５でターンテーブル上の基準点の測定を行い、ステップＳ２６で三次元測定機の位置データを修正し、ステップＳ２７でワークの各部品の詳細を測定する。ステップＳ２４以下の工程を必要回数繰返す。
【００１７】
ステップＳ２８で部品詳細測定データのノイズを除去し、ステップＳ２９でＣＡＤデータと比較して部品取付位置誤差を算出する。ステップＳ３０で誤差、加工補正データを複合加工機側のパソコンへ出力する。
ステップＳ３１で再度三次元測定機の昇降装置とテーブルを駆動し、ステップＳ３２で基準点の測定を行う。ステップＳ３３で三次元測定機の位置データを修正し、ステップＳ３４でワークの基準断面の計測を行う。ワークの基準断面は図２の面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４で示される。
【００１８】
ステップＳ３５で三次元測定機の昇降装置とターンテーブルを駆動し、ステップＳ３６でワーク上の基準面断面線を指示し、ケガキを施す。このケガキは、例えばワーク表面に薬剤を塗布し、レーザビームを照射することにより、薬剤がその部分だけ着色されるような手段を用いる。
これにより、非接触で行うことができる。
このケガキ工程は必要回数繰返して行う。ケガキ処理が完了したなら、Ｓ３７で三次元測定機の昇降装置とターンテーブルを原点位置に復帰させ、ステップＳ３８で処理を終了する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の寸法測定装置の外観図。
【図２】台車枠の斜視図。
【図３】台車枠の測定データを示す説明図。
【図４】測定データとＣＡＤデータの重ね合わせを示す説明図。
【図５】部品の測定データを示す説明図。
【図６】部品の測定データとＣＡＤデータの重ね合わせを示す説明図。
【図７】部品の測定データとＣＡＤデータの重ね合わせを示す拡大説明図。
【図８】本発明の寸法測定とケガキの処理を示すフロー図。
【符号の説明】
【００２０】
１ 寸法測定装置
１０ マスト
２０ 測定ヘッド
２２ 三次元測定機
３０ ターンテーブル
１００ ワーク
Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３・・・ ボール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接触三次元測定機と、寸法測定の対象ワークを載置するターンテーブルと、ターンテーブル上に設定される複数の基準点を備え、非接触三次元測定機は、ターンテーブル上の基準点を測定することにより、測定機の位置データを修正し、修正した位置データに基いてターンテーブル上のワークを測定する寸法測定方法。
【請求項２】
ワークの測定データと、ワークのＣＡＤデータとを重ね合わせることによりワークの寸法を測定する請求項１記載の寸法測定方法。
【請求項３】
ワーク全体の測定データとワークのＣＡＤデータを重ね合わせてベストフィット処理を行い、ワークに設けられる部品の測定データとＣＡＤデータを重ね合わせることでワークの部品の寸法を測定する寸法測定方法。
【請求項４】
ワークの基準断面を計測する工程と、ケガキ用の塗料を塗布する工程と、ワークの表面に基準断面線をケガキする工程を備える請求項１記載の寸法測定方法。
【請求項５】
レーザビームを用いた非接触三次元測定装置と、非接触三次元測定装置を昇降駆動する昇降装置と、ワークを載置するターンテーブルと、ターンテーブルと、ターンテーブル上に設定される複数の基準点にとりつけられるボールと、を備え、
非接触三次元測定機は、ターンテーブル上のボールの位置をレーザビームにより測定して、測定機の位置データを修正する機能と、修正された位置データに基いてワークの各部にレーザビームを照射してワークの寸法を測定する機能を備える寸法測定装置。
【請求項６】
レーザビームを用いた非接触三次元測定機は、ワーク表面にケガキ線を描く機能を備える請求項５記載の寸法測定装置。
【請求項１】
非接触三次元測定機と、寸法測定の対象ワークを載置するターンテーブルと、ターンテーブル上に設定される複数の基準点を備え、非接触三次元測定機は、ターンテーブル上の基準点を測定することにより、測定機の位置データを修正し、修正した位置データに基いてターンテーブル上のワークを測定する寸法測定方法。
【請求項２】
ワークの測定データと、ワークのＣＡＤデータとを重ね合わせることによりワークの寸法を測定する請求項１記載の寸法測定方法。
【請求項３】
ワーク全体の測定データとワークのＣＡＤデータを重ね合わせてベストフィット処理を行い、ワークに設けられる部品の測定データとＣＡＤデータを重ね合わせることでワークの部品の寸法を測定する寸法測定方法。
【請求項４】
ワークの基準断面を計測する工程と、ケガキ用の塗料を塗布する工程と、ワークの表面に基準断面線をケガキする工程を備える請求項１記載の寸法測定方法。
【請求項５】
レーザビームを用いた非接触三次元測定装置と、非接触三次元測定装置を昇降駆動する昇降装置と、ワークを載置するターンテーブルと、ターンテーブルと、ターンテーブル上に設定される複数の基準点にとりつけられるボールと、を備え、
非接触三次元測定機は、ターンテーブル上のボールの位置をレーザビームにより測定して、測定機の位置データを修正する機能と、修正された位置データに基いてワークの各部にレーザビームを照射してワークの寸法を測定する機能を備える寸法測定装置。
【請求項６】
レーザビームを用いた非接触三次元測定機は、ワーク表面にケガキ線を描く機能を備える請求項５記載の寸法測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−３２９７４５（Ｐ２００６−３２９７４５Ａ）
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１５１９７４（Ｐ２００５−１５１９７４）
【出願日】平成１７年５月２５日（２００５．５．２５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００２３３０４４）株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス (276)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月７日（２００６．１２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年５月２５日（２００５．５．２５）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００２３３０４４）株式会社日立エンジニアリング・アンド・サービス (276)
【Ｆターム（参考）】
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