专利名称：被测物体坐标系决定方法及坐标测量机的制作方法
技术领域：
本发明涉及被测物体坐标系决定方法及坐标测量机，特别是涉及当设定被测物体坐标系时，能够同时满足容易性和准确性的手法。
背景技术：
迄今，为了测量被测物体的表面粗糙度和表面形状等表面性状，使用表面性状测量机等坐标测量机。
坐标测量机通过使用指示了测量地点和测量机的移动命令等的测量顺序的部件程序，用计算机的数值控制，能够自动地进行各轴的移动及测量的操作。
部件程序中的命令，以由测量机所具有的固有的原点决定的机械坐标系为基准予以记录。另外，部件程序中的命令，以由对每个被测物体独立的原点决定的被测物体坐标系为基准记录予以记录。
但是，在坐标测量机中，当在部件程序中包含被测物体坐标系的设定命令时，由于是一边使被测物体坐标系改变，一边进行自动测量，所以被测物体坐标系经常被使用。
迄今，在设定被测物体坐标系时，大多使用与坐标测量机的检测器不同的轻便型的测量仪器。当使用这样的测量仪器设定被测物体坐标系时，在进行被测物体的外形和内部形状的几乎全部的形状测量后，设定被测物体坐标系。
例如，迄今，测量被测物体的外形的几乎全部的形状，设定了被测物体坐标系的原点(例如，参照特愿2002-270307号、特愿2002-340930号说明书)。
另外，迄今，使用设置多个孔的被测物体，测量孔的内部形状的几乎全部的形状，设定了被测物体坐标系(例如，参照特开平7-270152号、特开平7-128044号公报)。
这里，能够通过对形状测量的结果进行图像处理而得到被测物体的形状信息(例如，参照特开2000-339478号公报)。
但是，由于在部件程序中，被测物体坐标系是对每个被测物体独立地设定，其作业次数也增多。因此，在坐标系设定中，虽然要求容易地进行被测物体坐标系的设定，但也希望尽可能准确地进行。
但是，迄今，在设定被测物体坐标系方面，还不存在能够同时满足容易性和准确性的恰当的技术。
亦即，迄今，当为了更容易地进行被测物体坐标系的设定、减少用于得到被测物体的形状信息的测量点数时，往往不能准确地进行被测物体坐标系的设定。因此，迄今，一般是进行被测物体的几乎全部的形状测定。
另一方面，迄今，当为了更准确地进行被测物体坐标系的设定，增加测量点数时，测量就要花时间，很费事。这在设定次数增多的被测物体坐标系中，成为更加深刻的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述现有技术的课题而进行的，其目的在于提供能够容易地并准确地进行被测物体坐标系设定的被测物体坐标系决定方法及坐标测量机。
为了达到上述目的，本发明的被测物体坐标系决定方法基于测量被测物体的特征部位而得到的特征点的位置，对被测物体进行预先选择的各轴关系已知的被测物体坐标系的方向决定及位置决定。该被测物体坐标系决定方法的特征在于具备预备测量工序；特征点检测工序；基准线决定工序；原点设定工序；以及轴设定工序。
这里，在上述预备测量工序中，将被测物体的特征部位的2个场所以上分别作为第一测量场所，使用坐标测量机的检测器进行扫描，得到位置坐标信息。另外，在该预备测量工序中，将与该第一测量场所不在同一直线上的被测物体的特征部位的一个场所以上作为第二测量场所，使用该坐标测量机的检测器进行扫描，得到位置坐标信息。
另外，在上述特征点检测工序中，基于在上述预备测量工序中得到的测量结果，对每个上述测量场所求出特征点的位置。
在上述基准线决定工序中，基于在上述特征点检测工序中求出的第一测量场所的各特征点的位置，求出第一基准线。另外，在该基准线决定工序中，求出与该第一基准线正交、通过在上述特征点检测工序中求出的第二测量场所的特征点的第二基准线。
在上述原点设定工序中，基于在上述基准线决定工序中求出的第一基准线与第二基准线的交点的位置，决定上述被测物体坐标系的原点的位置。
在上述轴设定工序中，基于在上述基准线决定工序中求出的基准线的方向，进行上述被测物体坐标系的轴的方向决定。
作为本发明的被测物体的特征部位，例如是指被测物体的边缘附近及凹部、凸部等的台阶差部和圆柱(筒)的周壁部等。
作为本发明的特征点是指被测物体的边缘、凹部的谷底、凸部的顶点、检测器的检测轴方向的顶点等。
作为本发明的各轴的关系，作为一个例子可以举出例如正交坐标系和圆柱坐标系等种类，XYZ轴、XY轴等轴的选择，各轴相互所成角度的关系等。
作为本发明的坐标系，作为一个例子可以举出正交坐标系、圆柱坐标系等。
作为本发明的坐标测量机，作为一个例子可以举出表面性状测量机。作为表面性状测量机，作为一个例子可以举出测量表面粗糙度的表面粗糙度测量机、测量表面形状的表面形状测量机、正圆度测量机等。
本发明的被测物体坐标系包含原样地设定在特征点上的情况，和例如基于被测物体的尺寸的设计值、特征点的位置坐标等设定在其他点上的情况。
剖面方形此外，在本发明中，上述被测物体为大致的方形柱体，或者上述被测物体包含大致的方形柱状部分，在对该被测物体进行被测物体坐标系的方向决定及位置决定时，在上述预备测量工序中，作为上述第一测量场所，以相互隔开距离横截被测物体的一边的方式进行扫描。另外，在该预备测量工序中，作为上述第二测量场所，以横截与该边邻接的另一边的方式进行扫描。
在上述特征点检测工序中，基于在上述预备测量工序中得到的测量结果，对每个上述测量场所求出边缘的位置。
在上述基准线决定工序中，基于在上述特征点检测工序中求出的第一测量场所的各边缘的位置，求出第一基准线。另外，在该基准线决定工序中，求出与该第一基准线正交、通过在上述特征点检测工序中求出的第二测量场所的边缘的第二基准线。
在上述原点设定工序中，将在上述基准线决定工序中求出的第一基准线与第二基准线的交点的位置设定为上述被测物体坐标系的原点。
在上述轴设定工序中，将在上述基准线决定工序中求出的各基准线分别设定为上述被测物体坐标系的轴是合适的。
剖面圆形另外，在本发明中，被测物体为大致的圆柱体、或者被测物体包含大致的圆柱状部分，在对该被测物体进行被测物体坐标系的方向决定及位置决定时，在上述预备测量工序中，作为上述第一测量场所，在轴方向上相互隔开距离扫描被测物体的周壁部。另外，在该预备测量工序中，作为上述第二测量场所，以横截该被测物体的周边部的方式进行扫描。
在上述特征点检测工序中，求出上述第一测量场所的检测轴方向的峰值位置。另外，在该特征点检测工序中，求出上述第二测量场所的边缘的位置。
在上述基准线决定工序中，基于在上述特征点检测工序中求出的第一测量场所的各峰值的位置，求出第一基准线。另外，在该基准线决定工序中，求出与该第一基准线正交、通过在上述特征点检测工序中求出的第二测量场所的边缘的第二基准线。
在上述原点设定工序中，基于在上述基准线决定工序中求出的第一基准线与第二基准线的交点的位置，求出上述被测物体的周边部的位置。在该原点设定工序中，基于该周边部的位置，决定上述被测物体坐标系的原点的位置。
在上述轴设定工序中，基于在上述基准线决定工序中求出的基准线的方向，进行上述被测物体坐标系的轴的方向决定是合适的。
坐标测量机另外，为达到上述目的，在按照部件程序进行轴的移动及测量的操作的坐标测量机中，本发明的坐标测量机配备被测物体坐标系决定器。该被测物体坐标系决定器配备预备测量器、特征点测量器、基准线决定器、原点设定器、轴设定器。该被测物体坐标系决定器的特征在于基于测量被测物体的特征部位而得到的特征点的位置，对该被测物体进行预先选择的各轴的关系已知的被测物体坐标系的方向决定和位置决定。
这里，上述预备测量器将被测物体的特征部位的二个场所以上分别作为第一测量场所，使用坐标测量机的检测器进行扫描，得到位置坐标信息。另外，该预备测量器将与该第一测量场所不在同一直线上的被测物体的特征部位的一个场所以上作为第二测量场所，使用该坐标测量机的检测器进行扫描，得到位置坐标信息。
另外，上特征点检测器基于用上述预备测量器得到的测量结果，对每个测量场所求出特征点的位置。
上述基准线决定器基于用上述特征点检测器求出的第一测量场所的各特征点的位置，求出第一基准线。另外，该基准线决定器求出与该第一基准线正交、通过在上述特征点检测工序中求出的第二测量场所的特征点的第二基准线。
上述原点设定器基于用上述基准线决定器求出的第一基准线与第二基准线的交点的位置，决定上述被测物体坐标系的原点的位置。
上述轴设定器基于用上述基准线决定器求出的基准线的方向，进行上述被测物体坐标系的轴的方向的决定。
图1是用于进行本发明的一个实施例的被测物体坐标系决定方法的坐标测量机的概略结构的说明图。
图2是本发明的实施例1的被测物体坐标系决定方法的说明图。
图3是本发明的实施例2的被测物体坐标系决定方法的说明图。
图4是本发明的实施例3的被测物体坐标系决定方法的说明图。
图5是本发明的实施例4的被测物体坐标系决定方法的说明图。
图6是本发明的实施例5的被测物体坐标系决定方法的说明图。
图7是将本发明的被测物体坐标系决定方法用于圆柱体的定心时的说明图。(实施例6)具体实施方式
以下，根据附图，说明本发明的一个优选实施例。
图1(A)是表示用于进行本发明的一个实施例的被测物体坐标系决定方法的坐标测量机的概略结构。图1(B)是对图1(A)所示的被测物体的被测物体坐标系的设定例。
图1(A)所示的表面性状测量机(坐标测量机)10，根据部件程序进行轴的移动及测量的操作。另外，该表面性状测量机(坐标测量机)10配备用于进行本发明的被测物体坐标系决定方法的被测物体坐标系决定机构12。
该被测物体坐标系决定机构12配备预备测量部件14、特征点检测部件16、基准线决定部件18、原点设定部件20、轴设定部件22。该被测物体坐标系决定机构12基于测量被测物体24的特征部位而得到的特征点的位置，对被测物体24进行预先选择的各轴的关系已知的被测物体坐标系的方向决定和位置决定。
这里，预备测量部件14例如配备表面性状测量机10的触针26、检测器28、控制器30。该预备测量部件14进行本发明的预备测量工序(S10)。
亦即，在预备测量工序(S10)中，分别将被测物体24的特征部位的2个场所以上作为第一测量场所，用表面性状测量机10的检测器28进行扫描，得到位置坐标信息。另外，在该预备测量工序(S10)中，将与该第一测量场所不在同一直线上的被测物体24的特征部位的一个场所以上作为第二测量场所，用该表面性状测量机10的检测器28进行扫描，得到位置坐标信息。从检测器28以点列输出测量数据，通过控制器30输入到计算机32上。
在本实施例中，假想在机械坐标系中的X轴(MX)方向、在机械坐标系中的Y轴(MY)方向，作为检测器28的驱动轴方向。另外，假想在机械坐标系中的Z轴(MZ)方向作为检测器28的检测轴方向。
另外，特征点检测部件16例如由计算机32的CPU 34等构成，进行本发明的特征点检测工序(S12)。
亦即，在特征点检测工序(S12)中，基于在预备测量工序(S10)中得到的测量结果(扫描轨迹)，对每个测量场所求出特征点的位置。
基准线决定部件18例如由计算机32的CPU 34等构成，进行本发明的基准线决定工序(S14)。
亦即，在基准线决定工序(S14)中，基于在特征点检测工序(S12)中求出的第一测量场所的各特征点的位置，求出第一基准线。另外，在该基准线决定工序(S14)中，求出与该第一基准线正交、通过在特征点检测工序(S12)中求出的第二测量场所的特征点的第二基准线。
原点设定部件20例如由计算机32的CPU 34等构成，进行本发明的原点设定工序(S16)。
亦即，在原点设定工序(S16)中，基于在基准线决定工序(S18)中求出的第一基准线与第二基准线的交点的位置，决定被测物体坐标系的原点(WO)的位置。
轴设定部件22例如由计算机32的CPU 34等构成，进行本发明的轴设定工序(S18)。
亦即，在轴设定工序(S18)中，基于在基准线决定工序(S16)中求出的基准线的方向，进行被测物体坐标系的轴(MX、MY、MZ)的方向决定。
此外，在本实施例中，配备平台36、移动工作台38、移动工作台用标尺40。平台36具有OX轴、OY轴、OZ轴。移动工作台38具有MX轴、MY轴、MZ轴。移动工作台38放置被测物体24。被测物体24在平台36上沿MX轴、MY轴、MZ轴方向移动。
另外，在本实施例中，计算机32配备存储器42。存储器42配备测量数据存储部44和坐标系图形存储部46。
这里，测量数据存储部44存储在预备测量工序(S10)中得到的测量结果。
另外，坐标系图形存储部46存储例如正交坐标系、圆柱坐标系等多个不同的被测物体坐标系的图形。
另外，在本实施例中，计算机32配备手动输入部件48和显示器50。
这里，手动输入部件48进行测量场所的指定、被测物体坐标系的图形的选择、部件程序的输入。
另外，显示器50显示部件程序等。
以下，更具体地说明本发明的被测物体坐标系决定方法。
实施例1在本实施例中，对放置在沿上述MX轴、MY轴及MZ轴方向移动的移动工作台38上的被测物体24，说明进行被测物体坐标系(WX、WY、WZ)的设定的例子在本实施例中，使用方形柱体作为被测物体24。预先选择正交坐标系作为被测物体坐标系。
<预备测量>
在预备测量工序中，使用表面性状测量机的检测器进行扫描，使之横截被测物体24的上表面的长边52。另外，在该预备测量工序中，使用表面性状测量机的检测器进行扫描，使之横截被测物体24的上表面的短边62。
亦即，在该预备测量工序中，如图2(A)所示，指定包含位于被测物体24的上表面的方形的长边52上的第1边缘(特征点)54的特征部位56，作为第一测量场所，进行第一预备测量。另外，在该预备测量工序中，指定包含第二边缘(特征点)58的特征部位60，进行第二预备测量。
另外，指定包含位于被测物体24的上表面的方形的短边62上的第三边缘(特征点)64的特征部位66，作为第二测量场所，进行第三预备测量。
亦即，在第一预备测量中，用表面性状测量机的检测器，沿机械坐标系的Y轴(MY)，按图中箭头方向扫描第一测量场所的第一特征部位56。亦即，在该第一预备测量中，从比被测物体24上第一边缘54稍许前面向外侧扫描，得到在机械坐标系中的位置坐标信息。在第二预备测量中，用表面性状测量机的检测器，与第一预备测量同样地扫描第一测量场所的第二特征部位60，得到在机械坐标系中的位置坐标信息。
在第三预备测量中，用表面性状测量机的检测器，沿机械坐标系的X轴(MX)，沿图中箭头方向扫描第二测量场所的特征部位66。亦即，在该第三预备测量中，从比被测物体24上的第三边缘64稍许前面向外侧扫描，得到在机械坐标系中的位置坐标信息。
<特征点检测>
在特征点检测工序(S12)中，使用上述计算机所作的形状解析等，基于在第一预备测量中得到的位置坐标信息(测量结果)，求出在第一测量场所的第一特征部位56的第一边缘54的机械坐标系中的位置坐标。在该特征点检测工序(S12)中，同样地基于在第二预备测量中得到的位置坐标信息，求出在第一测量场所的第二特征部位60的第二边缘58的机械坐标系中的位置坐标。另外，在该特征点检测工序(S12)中，同样地基于在第三预备测量中得到的位置坐标信息，求出在第二测量场所的特征部位66的第三边缘64的机械坐标系中的位置坐标。
<基准线决定>
如图2(B)所示，在基准线决定工序中，将通过在特征点检测工序中得到的第一测量场所的第一边缘54和第二边缘58的直线，作为第一基准线68。另外，在该基准线决定工序中，将与第一基准线68正交，通过在特征点检测工序中求出的第三边缘64的直线作为第二基准线70。
<原点设定>
在原点设定工序中，求出在基准线决定工序中求出的第一基准线68与第二基准线70的交点72的位置坐标。在该原点设定工序中，将交点72的位置设定为被测物体坐标系的原点(WO)。
<轴设定>
在轴设定工序中，将在基准线决定工序中求出的第一基准线68设定为被测物体坐标系的X轴(WX)。在该轴设定工序中，将在基准线决定工序中求出的第二基准线70设定为被测物体坐标系的Y轴(WY)。
其结果是，本实施例与现有方式相比，能够容易且准确地对被测物体进行被测物体坐标系的轴的方向决定和原点位置决定。
亦即，在现有方式中，由于每当决定被测物体坐标系时，都要得到被测物体的几乎全部的形状数据，并采用将几何要素应用于全部的形状数据的方法，费时费力。另外，不是表面性状测量机自身的检测器，而是使用其他的检测器和测量器，在被测物体坐标系决定后的部件程序执行时，也往往缺乏再现性。
与此相对照，在本实施例中使用坐标测量机自身的检测器作为检测器。另外，在本实施例中，每当决定被测物体坐标系时，并非从头进行全部的作业，并非被测物体的全部，而是进行特定部位的预备测量。另外，在本实施例中，基于根据各特征点的位置求出的基准线，进行预先选择种类的被测物体坐标系的轴方向决定及原点的位置决定。
其结果是，在本实施例中，由于即使是三个测量场所也能够准确地进行被测物体坐标系的决定，当设定被测物体坐标系时，能够同时谋求容易性和准确性。因此，在本实施例中，能够在部件程序中准确地指定被测物体坐标系。据此，在本实施例中，即使在部件程序的新制作、编辑等作业中，也能够同时满足容易性和准确性。
实施例2在上述结构中，对沿MX轴、MY轴及MZ轴方向移动的移动工作台上的被测物体，说明设定了被测物体坐标系的例子。但是，本发明不限于此。
例如如图3所示，本发明也最好应用于对放置在仅仅沿MX轴方向移动的移动工作台上的被测物体进行被测物体坐标系的设定的情形。
此外，在本实施例中，检测器的驱动轴方向假想为在机械坐标系中的X轴(MX)方向。另外，在本实施例中，检测器的检测轴方向假想为机械坐标系中的Z轴(MZ)方向。在本实施例中，对与上述实施例1对应的部分标识符号100表示，而省略其说明。
<预备测量、特征点检测>
在本实施例中，如图3所示，沿机械坐标系中的X轴(MX)的图中箭头方向，扫描被测物体124的第二测量场所的特征部位166(预备测量工序)，检测出边缘164的位置。
<基准线决定>
在基准线决定工序中，将通过边缘164、与在机械坐标系中的X轴(MX)平行的直线作为第一基准线168。另外，在该基准线决定工序中，将通过边缘164、与在机械坐标系中的Y轴(MY)平行的直线作为第二基准线170。
<原点设定>
在原点设定工序中，将边缘164设定为被测物体坐标系的原点(WO)。
<轴设定>
在轴设定工序中，将第一基准线168设定为被测物体坐标系的X轴(WX)。另外，在该轴设定工序中，将第二基准线170设定为被测物体坐标系的Y轴(WY)。
这样，在本实施例中，对仅仅沿MX轴方向移动的移动工作台上的被测物体124，仅仅进行上述一次的预备测量，就能够更容易且准确地决定被测物体坐标系。
此外，在上述实施例1、2中，就被测物体为方形柱体的情况进行了说明。但是，在本发明中，在被测物体包含方形柱状部分的情况中，采用与上述方形柱体的情况同样的方法，设定被测物体坐标系也是理想的。
实施例3如图4(A)所示，在本实施例中，假想圆柱体作为被测物体。在本实施例中，就在横向的圆柱体的周边部设定正交坐标系的例子进行说明。
此外，在本实施例中，假想MX轴方向、MY轴方向作为检测器的驱动轴方向。在本实施例中，假想检测器的检测轴方向为MZ轴方向。在本实施例中，对与上述实施例1对应的部分标以符号200表示，而省略其说明。
<预备测量>
在预备测量工序中，在轴方向上相互隔开距离扫描被测物体224的周壁部274作为第一测量场所。另外，在该预备测量工序中，横截被测物体224的周壁部274与左端面276的边界的周边部进行扫描，作为第二测量场所。
亦即，如图4(B)所示，在该预备测量工序中，在离开被测物体224的周壁部274上的中心轴方向的位置上，选择第一特征部位256、第二特征部位260，作为第一测量场所。另外，在该预备测量工序中，选择位于被测物体224的周边部上的第三特征部位266作为第二测量场所。
在该预备测量工序中，沿机械坐标系中的Y轴(MY)的图中箭头方向扫描第一测量场所的各特征部位256、260。另外，在该预备测量工序中，沿机械坐标系中的X轴(MX)的图中箭头方向扫描第二测量场所的特征部位266。
<特征点检测>
在特征点检测工序中，求出第一测量场所的各峰值254、258在机械坐标系中的位置。另外，在该特征点检测工序中，求出第二测量场所的边缘264在机械坐标系中的位置。
亦即，在该特征点检测工序中，求出在被测物体224的周壁部274上位于机械坐标系的MZ轴方向的最外侧的第一峰值254的位置坐标、第二峰值258的位置坐标。另外，在该特征点检测工序中，求出位于圆柱的周边部上的边缘264的位置坐标。
<基准线决定>
如图4(C)所示，在基准线决定工序中，基于在特征点检测工序中求出的第一测量场所的各峰值254、258的位置，求出第一基准线268。另外，在该基准线决定工序中，求出与第一基准线268正交、通过在特征点检测工序中求出的第二测量场所的边缘264的第二基准线270。
在该基准线决定工序中，设通过第一峰值254和第二峰值258的直线为第一基准线268。另外，在该基准线决定工序中，设与第一基准线268正交、通过边缘264的直线为第二基准线270。
<原点设定>
在原点设定工序中，基于在基准线决定工序中求出的第一基准线与第二基准线的交点的位置，求出被测物体的周边部的位置。在该原点设定工序中，基于该被测物体的周边部的位置，决定被测物体坐标系的原点位置。
亦即，在该原点设定工序中，求出第一基准线268与第二基准线270的交点272的位置。另外，在该原点设定工序中，将交点272设定为被测物体坐标系的原点(WO)。
<轴设定>
在轴设定工序中，基于在基准线设定工序中求出的基准线的方向，进行被测物体坐标系的轴的方向决定。
在该轴设定工序中，将第一基准线268设定为被测物体坐标系的X轴(WX)。
这里，如图4(D)所示，第二基准线270对在机械坐标系中的XY平面倾斜。
因此，在该轴设定工序中，以第一基准线268为中心，使第二基准线270轴旋转一个角度θ。另外，如图4(E)所示，在该轴设定工序中，第二基准线270进行轴旋转，使之成为对在机械坐标系中的XY平面平行。在本实施例中，将其设定为被测物体坐标系的Y轴。
但是，在本实施例中，也可以将轴旋转前的第二基准线270设定为被测物体坐标系的Y轴。
这样，本实施例与上述第1、2实施例同样，使用坐标测量机的检测器，得到被测物体的特征部位的2个场所以上、与该测量场所不在同一直线上的一个场所以上的位置坐标。另外，在本实施例中，基于对每个测量场所求出的特征点的位置坐标，求出第一基准线、第二基准线。在本实施例中，基于这些基准线，进行被测物体坐标系的原点的位置决定和轴的方向决定。据此，在本实施例中，即使对横向的圆柱体也能够容易而且准确地设定被测物体坐标系。
实施例4如图5(A)所示，在本实施例中将圆柱体配置成纵向。在本实施例中，对将被测物体坐标系设定在圆柱体的上端面的周边部上的例子进行说明。
此外，在本实施例中，对与上述实施例1对应的部分标以符号300表示(对与上述实施例3对应的部分标以符号100表示)，而省略其说明。
<预备测量>
如图5(B)所示，在本实施例中，在离开圆柱体的被测物体324的周壁部374上的中心轴方向位置上，选择第一特征部位356、第二特征部位360作为第一测量场所。在预备测量工序中，沿机械坐标系中的X轴(MX)的图中箭头方向扫描第一特征部位356、第二特征部位360。
另外，在该预备测量工序中，选择包含圆柱体的被测物体324的上端面376的第三边缘364的第三特征部位366，作为第二测量场所。在该预备测量工序中，沿机械坐标系中的Z轴(MZ)的图中箭头方向扫描第三特征部位366。
<特征点检测>
在本实施例中，在特征点检测工序中，在圆柱体的被测物体324的周壁部374上，求出MY轴数据显现最大值的测量点。亦即，在该特征点检测工序中，求出位于机械坐标系的Y轴(MY)方向的最外侧的第一峰值354、第二峰值358的位置。另外，在该特征点检测工序中，求出位于被测物体324的周边部上的第三边缘364。
此外，在本实施例4中，检测器28能够检测出MY轴方向的位移。
<基准线决定>
如图5(C)所示，在基准线决定工序中，设通过第一峰值354和第二峰值358的直线为第一基准线368。另外，在该基准线决定工序中，设与第一基准线368、通过边缘364的直线为第二基准线370。
<原点设定>
在原点设定工序中，求出第一基准线368与第二基准线370的交点372的位置。在该原点设定工序中，将交点372设定为被测物体坐标系的原点。
<轴设定>
在轴设定工序中，将第一基准线368设定为被测物体坐标系的Z轴(WZ)。
这里，如图5(D)所示，第二基准线370对机械坐标系中的X轴(MX)倾斜。
因此，如图5(E)所示，在该轴设定工序中，以第一基准线368为中心，使第二基准线370轴旋转一个角度θ，使第二基准线370对机械坐标系中的X轴(MX)平行。在本实施例中，将其设定为被测物体坐标系的X轴(WX)。
但是，在本实施例中，也可以将轴旋转前的第二基准线370作为被测物体坐标系的X轴。
这样，本实施例与上述实施例1～3同样，使用坐标测量机的检测器，得到被测物体的特征部位的2个场所以上、与该测量场所不在同一直线上的特征部位的1个场所以上的位置坐标。在本实施例中，基于对每个测量场所求出的特征点的位置坐标，求出第一基准线、第二基准线。在本实施例中，基于该基准线，进行被测物体坐标系的原点的位置决定和轴的方向决定。据此，在本实施例中，即使对纵向的圆柱体也能够容易而且准确地设定被测物体坐标系。
<变例>
此外，在上述第3、4实施例中，就被测物体为圆柱体的情况进行了说明。但是，即使在被测物体为包含圆柱状部分的情况下，本发明使用与上述圆柱体的情况同样的方法，在被测物体的圆柱状部分上设定被测物体坐标系也是理想的。
另外，即使在被测物体为圆筒体、包含圆筒状部分的情况下，本发明使用与上述圆柱的情况同样的方法，设定被测物体坐标系也是理想的。
在上述各结构中，对在被测物体的端缘部设定原点的例子进行了说明。但是，本发明基于被测物体的半径、高度等的尺寸的设计值、特征点的位置等，将被测物体坐标系的原点设定在圆柱体的端面的中心和圆筒体的中心轴上也是理想的。
实施例5被测物体并不限定于上述方形柱体、圆柱体，也能够使用三角柱体。
如图6(A)所示，在本实施例中，对将被测物体坐标系设定在三角柱体的上端面的三角形的顶点上的例子进行说明。
此外，在本实施例中，对与上述实施例1对应的部分标以符号400表示，而省略其说明。
<坐标系、测量场所选择>
在本实施例中，选择正交坐标系作为被测物体坐标系图形。
在三角形的一边480上，设定第一特征部位456、第二特征部位460作为第一测量场所。在三角形的另一边482上，设定第三特征部466作为第二测量场所。
<预备测量>
如图6(B)所示，在预备测量工序中，分别沿机械坐标系中的Y轴(MY)的图中箭头方向扫描第一测量场所的第一特征部分456、第二特征部位460。另外，在该预备测量工序中，沿机械坐标系中的X轴(MX)的图中箭头方向扫描第三特征部位466。
<特征点检测>
在特征点检测工序中，求出三角形的一边480上的第一边缘454的位置坐标、第二边缘458的位置坐标。在该特征点检测工序中，求出三角形的另一边482上的第三边缘464的位置坐标。
<基准线决定>
如图6(C)所示，在基准线决定工序中，设通过第一边缘454和第二边缘458的直线为第一基准线468。另外，在该基准线决定工序中，设通过第三边缘464、与第一基准线468正交的直线为第二基准线470。
<原点设定>
在本实施例中，求出第三边缘464的位置坐标和第一基准线468与第三边缘线464之间的距离(L)。
这里，在本实施例中，如果预先知道三角形各边480、482、484的长度之比，则例如基于第一基准线468与第三边缘464的距离(L)、各边的长度之比等，能够求出三角形的一边480和另一边482所成的角度θ。因此，在本实施例中，能够求出三角形的顶点478的位置坐标。
在原点设定工序中，将三角形的顶点478设定为被测物体坐标系的原点(WO)。
<轴设定>
在轴设定工序中，将第一基准线468设定为被测物体坐标系的X轴(WX)。
另外，如图6(D)所示，在该轴设定工序中，将第一基准线468和第二基准线470原样沿第一基准线468的方向平行移动，直到使第一基准线468与第二基准线478的交点472与三角形的顶点472一致。在轴设定工序中，将第一基准线468与第二基准线470的交点472位于三角形的顶点478时的第二基准线470设定为被测物体坐标系的Y轴(WY)。
这样，本实施例与上述第1～4实施例同样，使用坐标测量机的检测器，得到被测物体的特征部位的2个场所以上、与该测量场所不在同一直线上的特征部位的一个场所以上的位置坐标。本实施例基于对每个测量场所求出的特征点的位置坐标，求出第一基准线、第二基准线。本实施例基于这些基准线，进行被测物体坐标系的原点的位置决定和轴的方向决定。据此，本实施例即使对三角柱体，也能够容易而且准确地设定被测物体坐标系。
<变例>
此外，即使不知道三角形的各边的长度之比，也能够在三角形的另一边482上，分别设定2个以上第二测量场所。另外，本发明能够求出第三边缘的位置坐标、第四边缘的位置坐标，当求出各自与第一基准线468的距离时，同样地能够求出三角形的一边480与另一边482所成的角度θ。因此，本发明能够求出三角形的顶点478的位置坐标。其结果是，在本发明中，与预先知道上述三角形的各边的长度之比的情况同样地，将三角形的顶点478设定为被测物体坐标系的原点。
另外，如图6(E)所示，在本发明中，并非将第二测量场所设定在三角柱体的上端面上，而是设定在侧壁486上。亦即，在本发明中，将特征部位466′设定在三角柱体的侧壁486上，以代替三角形的另一边482作为第二测量场所。在本发明中，沿机械坐标系中的X轴(MX)的图中箭头方向扫描三角柱体的侧壁486，求出第三边缘464′的位置。在本发明中，将通过第三边缘464′、与第一基准线468正交的直线作为第二基准线。即使这样，在本发明中，也能够将被测物体坐标系的原点(WO)决定为三角形的顶点478，能够将第二基准线设定为被测物体坐标系的Z轴(WZ)。
实施例6在上述各结构中，就对被测物体进行被测物体坐标系设定的例子进行了说明。但是，本发明也最好应用于被测物体的定心(定直角)方面。
亦即，迄今，以用户凭直觉的调整进行被测物体的定心。但是，这样的调整费时。存在要求熟练等问题。因此，迄今留有容易性和准确性的改善余地。
对此，当被测物体的定心时，通过使用本实施例的被测物体坐标决定方法，能够根据部件程序，自动地进行被测物体的定心。据此，本发明与用用户的直觉等现有方式相比，能够容易而且准确地进行被测物体的定心。
以下，参照图7说明对横向放置在机械坐标系中的XY平面上的圆柱体的被测物体524进行定心的例子。
此外，对与上述实施例1对应的部分标以符号500表示，而省略其说明。
<预备测量>
如图7(A)所示，在预备测量工序中，沿机械坐标系中的Y轴(MY)方向扫描被测物体524的周壁部上的2个场所556、560。另外，在该预备测量工序中，沿机械坐标系中的X轴(MX)方向扫描被测物体524的一个场所566。
<特征点检测>
在特征点检测工序中，从沿机械坐标系中的Y轴(MY)方向扫描被测物体524的周壁部上的场所556得到的测量结果中，求出在成为检测器的检测轴方向的机械坐标系中的Z轴(MZ)方向的数据成为最大的周壁部上的第一峰值554的位置坐标。
在特征点检测工序中，从沿机械坐标系中的Y轴(MY)方向扫描被测物体524的周壁部上的场所560得到的测量结果中，求出在成为检测器的检测轴方向的机械坐标系中的Z轴(MZ)方向的数据成为最大的周壁部上的第二峰值558的位置坐标。
另外，在特征点检测工序中，从沿机械坐标系中的X轴(MX)方向扫描被测物体524的一个场所566得到的测量结果中，求出边缘564的位置坐标。
<基准线决定>
在基准线决定工序中，设通过被测物体524的周壁部上的第一峰值554和第二峰值558的直线为第一基准线568。在该基准线决定工序中，能够从第一基准线568的方向知道被测物体524的中心轴线的方向。
另外，在该基准线决定工序中，设与第一基准线568正交、通过边缘564的直线为第二基准线570。在该基准线决定工序中，能够从第二基准线570的方向知道被测物体524的端面的方向。
<原点设定>
在原点设定工序中，求出第一基准线568与第二基准线570的交点572。在本实施例中，将该交点572设定为被测物体坐标系的原点(WO)。
<轴设定>
在轴设定工序中，与上述实施例3同样，将第一基准线568设定为被测物体坐标系的X轴(WX)。在该轴设定工序中，基于第二基准线570设定被测物体坐标系的Y轴(WY)。
<轴旋转>
在本实施例中，从如此得到的现在的被测物体坐标系的轴的方向，能够容易而且准确地确定被测物体的旋转角(方向)。
其结果是，在本实施例中，在部件程序方面，当指令以被测物体坐标系的原点为中心、使被测物体坐标系的X轴(WX)、Y轴(WY)以与旋转角对应的角度进行时，就自动地进行将被测物体524的方向从图7(A)所示的状态成为图7(B)所示的状态的圆柱体的被测物体524的定心。本实施例能够容易而且准确地进行这样的定心作业。
此外，在本实施例6中，表示了通过轴旋转修正整部件程序记述的坐标值的例子。但是，在本实施例6中，在移动工作台38自身能够以MZ轴为中心在MX-MY平面内旋转的结构中，能够使该移动工作台38以MZ轴为中心旋转。或者，在移动工作台38上放置旋转工作台，并在其上放置被测物体的结构中，能够使该旋转工作台38以MZ轴为中心旋转。在本实施例6中，通过如此构成，没有必要修正部件程序记述的坐标值，能够抑制计算误差的发生。进而，在本实施例6中，其后还可以再次重复实施本发明的被测物体坐标系决定方法。
变例此外，在上述各结构中，就使用表面性状测量机作为坐标测量机的实例进行了说明。但是，本发明使用其他的坐标测量机也是理想的。
另外，在上述各结构中，对用触针进行接触测量的实例进行了说明。但是，本发明在使用例如安装了激光探针的图像测量机等非接触式探针方面，在被测物体没有受探针伤害这一点上也是理想的。
在上述结构中，对进行2个场所的测量、将连结2个特征点的线作为第一基准线的例子进行了说明。但是，本发明也能够进行3个场所以上的测量，用最小二乘法等从3一个以上的特征点中通过计算求出第一基准线。
在上述结构中，对使用了端缘部作为被测物体的特征部位的例子进行了说明。但是，本发明也能够用被测物体的台阶差部。例如，在被测物体的上表面形成沟槽等凹部的情况下，能够将其谷底作为特征点。另外，在被测物体的上表面形成凸部的情况下，能够将其顶点作为特征点。
进而，在移动工作台38配备能够进行倾斜调整的结构的情况下，也可以按照已经决定了的被测物体坐标系，将该移动工作台38进行倾斜调整至最佳角度。或者在检测器28配备能够进行倾斜调整的结构的情况下，也可以按照已经决定了的被测物体坐标系，将该检测器28进行倾斜调整至最佳角度。
另外，在各实施例中，表示了移动工作台38对检测器28移动并进行扫描的结构。但是，本发明也可以是检测器28对移动工作台38移动并进行扫描的结构。
进而，例如在实施例1中，表示了仅仅设置X轴和Y轴的例子。但是，除此之外，本发明也可以设定与X轴和Y轴正交、通过原点的Z轴(WZ)。
另外，在各实施例中，表示了设定正交坐标系的例子。但是，本发明不限于此，也可以设定极坐标系。例如，在实施例1中，也可以是以原点WO为中心，以第一基准线68的方向作为零度的极坐标系。或者，也可以是以原点WO为中心，以第二基准线70的方向作为零度的极坐标系。
进而还有，在该极坐标系中，也可以定义Z轴(WZ)方向，设定圆柱坐标系。
进而，被测物体坐标系也可以对被测物体和检测器的每次旋转或者倾斜设定多个坐标系。
另外，在被测物体坐标系决定时和实测时的被测物体或者检测器的姿态不同的情况下，也可以在各自的姿态中决定被测物体坐标系，能够进行坐标系的相互转换。
如上述说明那样，按照本发明的被测物体坐标系决定方法，配备下述工序使用坐标测量机的检测器，测量被测物体的特征部位的2个场所以上及不在同一直线上的一个场所以上的预备测量工序；基于每个测量场所的各特征点的位置，求出基准线的基准线决定工序；基于基准线决定被测物体坐标系的原点的位置的原点设定工序；以及基于基准线进行轴的方向决定的轴设定工序。其结果是，在本发明中，在决定被测物体坐标系时，能够同时谋求容易性和准确性。
另外，按照本发明的坐标测量机，配备下述部件使用坐标测量机的检测器，测量被测物体的特征部位的2个场所以上及不在同一直线上的一个场所以上的预备测量部件；基于每个测量场所的各特征点的位置，求出基准线的基准线决定部件；基于基准线决定被测物体坐标系的原点的位置的原点设定部件；以及基于基准线进行轴的方向决定的轴设定部件。其结果是，在本发明中，在决定被测物体坐标系时，能够同时谋求容易性和准确性。
权利要求
1.一种被测物体坐标系决定方法，是基于测量被测物体的特征部位而得到的特征点的位置，对被测物体进行预先选择的各轴关系已知的被测物体坐标系的方向决定及位置决定的被测物体坐标系决定方法，其特征在于具备将被测物体的特征部位的2个场所以上分别作为第一测量场所，使用坐标测量机的检测器进行扫描，得到位置坐标信息，另外，将与该第一测量场所不在同一直线上的该被测物体的特征部位的一个场所以上作为第二测量场所，使用该坐标测量机的检测器进行扫描，得到位置坐标信息的预备测量工序；基于在上述预备测量工序中得到的测量结果，对每个上述测量场所求出特征点的位置的特征点检测工序；基于在上述特征点检测工序中求出的第一测量场所的各特征点的位置，求出第一基准线，另外，求出与该第一基准线正交、通过在上述特征点检测工序中求出的第二测量场所的特征点的第二基准线的基准线决定工序；基于在上述基准线决定工序中求出的第一基准线与第二基准线的交点的位置，决定上述被测物体坐标系的原点的位置的原点设定工序；以及基于在上述基准线决定工序中求出的基准线的方向，进行上述被测物体坐标系的轴的方向决定的轴设定工序。
2.如权利要求1所述的被测物体坐标系决定方法，其特征在于上述被测物体为大致的方形柱，或者上述被测物体包含大致的方形柱状部分，在对该被测物体进行被测物体坐标系的方向决定及位置决定时，在上述预备测量工序中，作为上述第一测量场所，以相互隔开距离横截上述被测物体的一边的方式进行扫描，另外，作为上述第二测量场所，还以横截与该边邻接的另一边的方式进行扫描；在上述特征点检测工序中，基于在上述预备测量工序中得到的测量结果，对每个上述测量场所求出边缘的位置，在上述基准线决定工序中，基于在上述特征点检测工序中求出的第一测量场所的各边缘的位置，求出第一基准线，另外，求出与该第一基准线正交、通过在上述特征点检测工序中求出的第二测量场所的边缘的第二基准线，在上述原点设定工序中，将在上述基准线决定工序中求出的第一基准线与第二基准线的交点的位置设定为上述被测物体坐标系的原点，在上述轴设定工序中，分别将在上述基准线决定工序中求出的各基准线设定为上述被测物体坐标系的轴。
3.如权利要求1所述的被测物体坐标系决定方法，其特征在于上述被测物体为大致的圆柱体，或者被测物体包含大致的圆柱状部分，在对该被测物体进行被测物体坐标系的方向决定及位置决定时，在上述预备测量工序中，作为上述第一测量场所，在轴方向上相互隔开距离扫描上述被测物体的周壁部，另外，作为上述第二测量场所，以横截被测物体的周边部的方式进行扫描；在上述特征点检测工序中，求出上述第一测量场所的检测轴方向的各峰值的位置，另外，求出上述第二测量场所的边缘的位置，在上述基准线决定工序中，基于在上述特征点检测工序中求出的第一测量场所的各峰值的位置，求出第一基准线，另外，求出与该第一基准线正交、通过在上述特征点检测工序中求出的第二测量场所的边缘的第二基准线，在上述原点设定工序中，基于在上述基准线决定工序中求出的第一基准线与第二基准线的交点的位置，求出上述被测物体的周边部的位置，基于该周边部的位置，决定上述被测物体坐标系的原点的位置，在上述轴设定工序中，基于在上述基准线决定工序中求出的基准线的方向，进行上述被测物体坐标系的轴的方向决定。
4.一种坐标测量机，是按照部件程序进行轴的移动及测量的操作的坐标测量机，其特征在于配备基于测量被测物体的特征部位而得到的特征点的位置，对该被测物体进行预先选择的各轴关系已知的被测物体坐标系的方向决定及位置决定的被测物体坐标系决定器，上述被测物体坐标系决定器配备将被测物体的特征部位的2个场所以上分别作为第一测量场所，使用上述坐标测量机的检测器进行扫描，得到位置坐标信息，另外，将与该第一测量场所不在同一直线上的被测物体的特征部位的一个场所以上作为第二测量场所，使用上述坐标测量机的检测器进行扫描，得到位置坐标信息的预备测量器；基于用上述预备测量器得到的测量结果，对每个上述测量场所求出特征点的位置的特征点检测器；基于用上述特征点检测器求出的第一测量场所的各特征点的位置，求出第一基准线，另外，求出与该第一基准线正交、通过在上述特征点检测工序中求出的第二测量场所的特征点的第二基准线的基准线决定器；基于用上述基准线决定器求出的第一基准线与第二基准线的交点的位置，决定上述被测物体坐标系的原点的位置的原点设定器；以及基于用上述基准线决定器求出的基准线的方向，进行上述被测物体坐标系的轴的方向决定的轴设定器。
全文摘要
本发明是一种被测物体坐标系的决定方法，其特征在于，配备将被测物体的特征部位的二个场所以上分别作为第一测量场所，使用坐标测量机的检测器得到位置坐标信息，另外，将与该测量场所不在同一直线上的特征部位的一个场所以上作为第二测量场所，使用该坐标测量机的检测器，得到位置坐标信息的预备测量工序；基于该测量结果对每个该测量场所求出特征点的位置的特征点检测工序；基于该第一测量场所的各特征点的位置，求出第一基准线，另外，求出与该第一基准线正交、通过该第二测量场所的特征点的第二基准线的基准线决定工序；基于该第一基准线与该第二基准线的交点的位置，决定被测物体坐标系的原点的位置的原点设定工序；以及基于该基准线的方向，进行该坐标系的轴的方向决定的轴设定工序。
文档编号G01B21/00GK1645044SQ20051000428
公开日2005年7月27日 申请日期2005年1月18日 优先权日2004年1月19日
发明者门胁聪一, 竹村文宏, 堀内直治 申请人:株式会社三丰