專利名稱：工件曲面的測(cè)量方法及其程序和介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工件曲面的測(cè)量方法，特別涉及工件和測(cè)頭不產(chǎn)生干涉那樣地測(cè)量工件曲面的測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
具有曲面的工件有各種各樣的類型，但這些曲面的加工大都較難，因此就需要工件曲面的高精度測(cè)量。
具有這樣曲面的代表性的工件有齒輪，特別在機(jī)動(dòng)車等的最終減速裝置等上，作為在改變其回轉(zhuǎn)軸方向的同時(shí)使回轉(zhuǎn)動(dòng)力的傳遞減速的齒輪，多使用具有螺旋傘齒輪或用雙曲線齒輪等的曲面形成的齒面的齒輪。
螺旋傘齒輪，如圖20所示，是大齒輪(齒輪)和小齒輪(小齒輪)進(jìn)行嚙合，兩齒輪的軸線在同一平面上交叉的結(jié)構(gòu)。
與此相反，雙曲線齒輪具備大齒輪(環(huán)形齒輪)和小齒輪(小齒輪)嚙合，但兩齒輪的軸線在同一平面上不交叉，在具有所謂偏置這一點(diǎn)上，除了動(dòng)力傳遞系的空間的配置的自由度高而外，與螺旋傘齒輪相比，可以使回轉(zhuǎn)更加平滑并可以肅靜的運(yùn)轉(zhuǎn)，齒的強(qiáng)度可以更大的特點(diǎn)。
這些齒輪，從動(dòng)力傳遞方面考慮，有必要防止磨損和防止產(chǎn)生噪音，必然要求高精度的加工，其結(jié)果，需要高精度的測(cè)量方法。
可是，這些齒輪的齒面，由于在齒向和齒高方向上用曲面形成，所以存在加工和測(cè)量都困難的問題。
例如，用圖21的基本參數(shù)表示的雙曲線齒輪的環(huán)形齒輪，根據(jù)圖22所示的理論上的切齒參數(shù)由切齒機(jī)進(jìn)行切齒加工。對(duì)于小齒輪也一樣，但在該原封不動(dòng)的情況下，由于切齒機(jī)的機(jī)械的誤差，不一定能得到表現(xiàn)出良好的齒輪接觸的齒輪對(duì)。
因此，反復(fù)進(jìn)行一邊觀察作為齒面相互的接觸痕跡的齒接觸，一邊依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)加工者的經(jīng)驗(yàn)和勘測(cè)反復(fù)進(jìn)行試切齒(邊修正切齒參數(shù)邊調(diào)整切齒)，得到表現(xiàn)作為最終目標(biāo)的良好的齒接觸的齒輪對(duì)。這被稱為輪齒接觸的開發(fā)。
如果能夠從這樣得到的齒輪中反過來得知進(jìn)行了哪種開發(fā)(哪種切齒參數(shù)進(jìn)行了如何的修正)，就可以避免在每個(gè)切齒機(jī)上存在的機(jī)械的誤差的影響。從這樣的目的出發(fā)，研究了切齒參數(shù)的推斷法。
由圖23說明雙曲線齒輪的環(huán)形齒輪的切齒原理的一個(gè)例子。
切齒機(jī)的刀具1以刀具軸zc為中心可回轉(zhuǎn)地軸支承在搖架2上。
另一方面，作為工件W的環(huán)形齒輪坯料，可回轉(zhuǎn)地軸支承在搖盤3上，但在切削一個(gè)齒的期間，工件被不回轉(zhuǎn)地固定。
該圖23中的坐標(biāo)系，具有以機(jī)器中心Om為原點(diǎn)，用搖架軸(zm軸)、H軸(ym軸)、V軸(通過原點(diǎn)Om且與搖架軸(zm軸)和H軸垂直的軸xm軸)構(gòu)成的機(jī)器坐標(biāo)系和以刀具中心Oc為原點(diǎn)，用xc軸、yc軸、zc軸構(gòu)成的刀具坐標(biāo)系(參照?qǐng)D25)。
另外，對(duì)于工件W來說，有以齒輪中心Og為原點(diǎn)，用xg軸、yg軸、zg軸構(gòu)成的齒輪坐標(biāo)系(參照?qǐng)D25)。
在此，一般是工件軸zg和搖架軸zm處于同一平面上，機(jī)器中心Om和齒輪中心Og一致。
VH平面中的各座標(biāo)系的相互關(guān)系，如圖24所示，V軸(xm軸)和xc軸的偏置量是Hg，H軸(ym軸)和yc軸的偏置量為Vg。在此，Xgc表示刀具1的刃面以刀具中心Oc為中心進(jìn)行回轉(zhuǎn)時(shí)的軌跡上的位置矢量。
ymzm平面上的各坐標(biāo)系的相互關(guān)系，如圖25所示那樣。在此，從工件背面Wb到齒輪中心Og(V軸)的距離用Lg表示，機(jī)器齒根角(ym軸和zg軸的夾角的角度)用λgr表示。
由于這樣的構(gòu)成，當(dāng)由刀具1進(jìn)行的工件W的一個(gè)齒的切削結(jié)束時(shí)，在使刀具1停止回轉(zhuǎn)并離開工件W之后，使工件W繞zg軸回轉(zhuǎn)規(guī)定角度，再使刀具1回轉(zhuǎn)并使工件W恢復(fù)到切削位置，進(jìn)行下一個(gè)齒的切削。由于這樣進(jìn)行全部齒的切削，作為刀具1的回轉(zhuǎn)軌跡的位置矢量Xgc被復(fù)制在工件W上。被這樣切削的工件W(環(huán)形齒輪)的切齒參數(shù)，下述那樣地進(jìn)行推斷。
對(duì)于一個(gè)齒面由一條曲線形成的齒輪的前述齒面，在機(jī)構(gòu)學(xué)記述根據(jù)理論上的各切齒參數(shù)(理論上的切齒參數(shù)C1、C2、.....Cn)的切齒過程并導(dǎo)出理論齒面式X(u、v、C1、C2、......Cn)。(在此，X表示矢量，u表示刀具1的回轉(zhuǎn)角，v表示從刀具中心Oc到刀具刃面的距離。)三維坐標(biāo)測(cè)量前述齒面并得到測(cè)量齒面數(shù)據(jù)M。(M是矢量)在此，由于對(duì)于第I個(gè)的測(cè)量數(shù)據(jù)Mi，Mi＝X(ui、vi、C1+ΔC1、C2+AC2、......Cn+ΔCn).....(1)成立，所以可以把前述測(cè)量齒面數(shù)據(jù)M和用前述理論齒面式X給出的值之差作為殘差(M-X)求出。(在此，ΔC1、ΔC2、......ΔCn表示對(duì)理論上的切齒參數(shù)的未知的修正量)M-X(u，v，C1，C2，...，Cn)＝(ΔC1·X/C1)+(ΔC2·X/C2)+...+(ΔCn·X/Cn)... (2)對(duì)于j＝1～n，用最小二乘法可以求出前述殘差的二乘和為最小時(shí)的前述切齒參數(shù)Cj+ΔCj的值和當(dāng)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
搜索使前述標(biāo)準(zhǔn)偏差最小的前述切齒參數(shù)Ck，把Ck+ΔCk作為切齒參數(shù)推斷值。
用前述切齒參數(shù)推斷值Ck+ΔCk并對(duì)第k個(gè)以外的切齒數(shù)由同樣的處理求出推斷值，再反復(fù)進(jìn)行該順序，求出全部的切齒參數(shù)推斷值。
在三維坐標(biāo)測(cè)量前述齒面之際，在把變換前的前述理論齒面式Xg的坐標(biāo)系定為Og-xg、yg、zg、把三維測(cè)量機(jī)的坐標(biāo)系定為Ot-xt、yt、zt時(shí)，使三維測(cè)量機(jī)的一個(gè)坐標(biāo)軸(例如Z軸坐標(biāo)軸zt)與齒輪軸zg一致，使節(jié)錐頂點(diǎn)(理論齒面式X的坐標(biāo)系原點(diǎn)Og)與三維測(cè)量機(jī)坐標(biāo)系的原點(diǎn)Ot一致。(由于刃面的軌跡復(fù)制在工件W上，所以可以坐標(biāo)變換作為刃頂面的軌跡的理論式X求出理論齒面式Xg。)(Xg是矢量。)當(dāng)把三維測(cè)量機(jī)的另一個(gè)坐標(biāo)軸(例如X軸坐標(biāo)軸xt)和理論齒面式Xg的另一個(gè)坐標(biāo)軸(例如X軸坐標(biāo)軸xg)所成的未知角度定為ψ時(shí)，由與回轉(zhuǎn)有關(guān)的坐標(biāo)變換矩陣C(ψ)使變換前的理論齒面式Xg繞zt軸回轉(zhuǎn)的結(jié)果成為下式那樣。(C、X是矢量。)Xt＝C(ψ)Xg......(3)根據(jù)該關(guān)系，由于可以由前述的方法加在切齒參數(shù)推斷值(C1+ΔC1、C2+ΔC2、......Cn+ΔCn)上并求出角度ψ，所以可以進(jìn)行向理論齒面式的測(cè)量坐標(biāo)系的坐標(biāo)變換。但是，由于ψ對(duì)于全部的切齒參數(shù)(C1、C2、......Cn)處于從屬關(guān)系，所以在由連立方程式不能解C1、C2、......Cn及ψ的總計(jì)n+1個(gè)未知數(shù)的場(chǎng)合，對(duì)于(ψ和C1)、(ψ和C2)、......(ψ和Cn)的n個(gè)組合的每一個(gè)由與最小二乘法相關(guān)的二元連立方程解。
可是，在該切齒參數(shù)的推斷方法中，需要三維測(cè)量齒面上的多個(gè)地點(diǎn)來得到測(cè)量齒面數(shù)據(jù)M，但是，由于工件坐標(biāo)系中的工件齒面式是未知的，所以不能做成零件程序(part program)，從而不得不進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量。
這將成為切齒參數(shù)推斷的效率提高的妨礙，另一方面，由于由人手進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量，所以測(cè)量環(huán)境條件因人的體溫而發(fā)生變化，迫使工件W的尺寸發(fā)生變化，產(chǎn)生了不能進(jìn)行高精度測(cè)量的問題。即使在進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量的場(chǎng)合，由于其測(cè)量點(diǎn)的坐標(biāo)值(理論值或者真實(shí)值)是未知的，所以難以進(jìn)行工件的評(píng)價(jià)。
再有，在使用接觸信號(hào)測(cè)頭或仿形測(cè)頭進(jìn)行螺旋齒輪的齒面等的工件的曲面的測(cè)量的場(chǎng)合，由于測(cè)量面是曲線形狀，所以存在測(cè)頭的觸針或頂端的球狀觸頭可能與齒輪干涉的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，提供能安全且高精度地測(cè)量螺旋齒輪的齒面等的具有曲面的工件的測(cè)量部位的工件曲面的測(cè)量方法及其程序和介質(zhì)。
為了達(dá)到前述目的，本發(fā)明的工件曲面的測(cè)量方法，其特征在于，具有由具有觸針的測(cè)頭測(cè)量曲面且得到工件的理論式的理論式輸入步驟；設(shè)定作為在前述曲面上進(jìn)行測(cè)量的范圍的測(cè)量范圍的測(cè)量范圍設(shè)定步驟；在前述測(cè)量范圍上設(shè)定代表點(diǎn)，根據(jù)前述理論式計(jì)算該代表點(diǎn)的坐標(biāo)值和法線矢量的代表點(diǎn)計(jì)算步驟；根據(jù)前述法線矢量決定前述觸針的軸線角度的軸線角度決定步驟。
在此，前述理論式也可以是解析測(cè)量數(shù)據(jù)的結(jié)果的測(cè)量形狀式。
另外，前述理論式也可以根據(jù)作為工件的設(shè)計(jì)值的基本參數(shù)等算出，代替理論式輸入。
再有，作為前述觸針的軸線角度，也可以根據(jù)前述法線矢量算出前述測(cè)量范圍內(nèi)的工件曲面的切線矢量，根據(jù)該切線矢量算出面方向軸線角度。該切線矢量是與法線矢量垂直的矢量，可以定義多個(gè)切線矢量。在此，代表包含這些多個(gè)切線矢量的面并叫做切線矢量。
在此，所謂面方向軸線角度，是指用于使與測(cè)量范圍中的工件曲面相切并包含切線矢量的面與包含觸針的軸線的面平行的角度。
另外，作為前述觸針的軸線角度，也可以根據(jù)前述測(cè)量范圍的工件形狀算出前述觸針的傾斜軸線角度。
另外，測(cè)量范圍也可以分割成預(yù)先決定的規(guī)定數(shù)，另外，也可以根據(jù)測(cè)量范圍的多個(gè)法線矢量的內(nèi)角角度，判斷該測(cè)量范圍的彎曲程度并根據(jù)需要來分割測(cè)量范圍。
在此，所謂內(nèi)角角度是指一條法線或其延長(zhǎng)線與另一法線或其延長(zhǎng)線交叉時(shí)的交叉角度的小的方，在一條法線或其延長(zhǎng)線與另一法線或其延長(zhǎng)線不交叉的場(chǎng)合，是指把另一法線投影到含有一條法線的面上，該投影的法線或其延長(zhǎng)線與一條法線或其延長(zhǎng)線交叉角度的小的方。
再有，也可以輸入含有測(cè)量機(jī)信息的測(cè)量條件，根據(jù)該測(cè)量條件和前述理論式及前述的軸線角度的信息做成測(cè)量部分程序。
另外，在實(shí)際的測(cè)量時(shí)，也可以設(shè)定根據(jù)工件載置姿勢(shì)的工件坐標(biāo)系，使前述理論式中的理論坐標(biāo)系和該工件坐標(biāo)系一致。
再有，在前述工件坐標(biāo)系和前述理論式的理論坐標(biāo)系不同的場(chǎng)合，也可以把用前述理論坐標(biāo)系計(jì)算的坐標(biāo)值和前述軸線角度變換成前述工件坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值和軸線角度。
另外，最好是，前述理論式輸入步驟，具有輸入根據(jù)前述工件的二維設(shè)計(jì)圖的基本參數(shù)的參數(shù)輸入步驟和根據(jù)前述基本參數(shù)算出前述工件的三維理論式的理論式計(jì)算步驟，前述代表點(diǎn)計(jì)算步驟根據(jù)前述二維設(shè)計(jì)圖用二維坐標(biāo)設(shè)定前述代表點(diǎn)，根據(jù)前述三維理論式計(jì)算該代表點(diǎn)的三維坐標(biāo)值和法線矢量。
在此，前述二維設(shè)計(jì)圖的坐標(biāo)系，不局限于直角坐標(biāo)系，也可以是極坐標(biāo)系等，重要的是，只要是能在二維平面上記述的坐標(biāo)系就可以，三維理論式的理論坐標(biāo)系，不局限于直角坐標(biāo)系，如果是極坐標(biāo)系等的可以指定三維空間的坐標(biāo)系，無論哪一種坐標(biāo)系都可以，只要能進(jìn)行設(shè)計(jì)坐標(biāo)系和理論坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換的坐標(biāo)系就可以。
再有，最好還具有計(jì)算前述二維設(shè)計(jì)圖的設(shè)計(jì)坐標(biāo)系和前述三維理論式的理論坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換系數(shù)的設(shè)計(jì)坐標(biāo)變換系數(shù)計(jì)算步驟。
根據(jù)本發(fā)明，由于基于工件的理論式?jīng)Q定進(jìn)行工件曲面測(cè)量時(shí)的測(cè)頭的觸針軸線角度，所以測(cè)頭和工件不干涉，可以安全且容易地進(jìn)行測(cè)量。
另外，由于在測(cè)量范圍內(nèi)設(shè)定代表點(diǎn)，根據(jù)該代表點(diǎn)的坐標(biāo)值和法線矢量算出觸針的軸線角度，所以可以減輕計(jì)算處理的負(fù)荷。
再有，由于在測(cè)量范圍的端部上設(shè)置多個(gè)代表點(diǎn)并合成各法線矢量，所以可以提高其測(cè)量范圍中的軸線角度的計(jì)算可靠度。即，如果是這樣求出的軸線角度，可以可靠地避免工件和測(cè)頭的干涉。
另外，由于由測(cè)量范圍的多個(gè)法線的內(nèi)角角度判斷工件和測(cè)頭的干涉的可能性，根據(jù)其結(jié)果分割測(cè)量范圍，所以可以更可靠地避免工件和測(cè)頭的干涉。
再有，由于根據(jù)工件的形狀決定軸線角度，所以可以更可靠地避免工件和測(cè)頭的干涉。
另外，由于根據(jù)工件的理論式可以生成含有觸針軸線角度控制命令的測(cè)量零件程序，所以即使在工件自身的加工完成前，也可以預(yù)先做成測(cè)量零件程序，由于在工件加工完成后馬上可以著手測(cè)量作業(yè)，所以提高了整體的制造效率。
另外，即使是具有復(fù)雜的曲面的工件，由于測(cè)頭和工件不干涉且可以生成測(cè)量零件程序，所以可以提高測(cè)量作業(yè)的安全性和容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
再有，由于根據(jù)在測(cè)量范圍上具有曲面的工件的三維理論式，可以計(jì)算在二維設(shè)計(jì)圖上設(shè)定的代表點(diǎn)或指定點(diǎn)的三維坐標(biāo)值和法線矢量，所以即使在工件加工完畢之前也可以得到測(cè)量的對(duì)象面上的三維坐標(biāo)值。
特別，由于通過使用坐標(biāo)變換系數(shù)，可以根據(jù)前述二維設(shè)計(jì)圖容易地計(jì)算用二維坐標(biāo)指定的前述測(cè)量范圍的代表點(diǎn)或指定點(diǎn)的三維坐標(biāo)值和法線矢量，所以測(cè)量零件程序等的做成變得容易。


圖1是表示本發(fā)明的第1實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)的圖。
圖2是本發(fā)明的第1實(shí)施例的測(cè)量系統(tǒng)的方?jīng)Q圖。
圖3是表示接觸信號(hào)測(cè)頭的動(dòng)作的圖。
圖4是表示本發(fā)明的第1實(shí)施例的測(cè)量順序的流程圖。
圖5是表示本發(fā)明的第1實(shí)施例的坐標(biāo)系設(shè)定的詳細(xì)情況的流程圖。
圖6是環(huán)形齒輪的齒面的立體圖。
圖7是說明測(cè)量范圍的圖。
圖8是說明內(nèi)角角度的圖。
圖9是說明測(cè)量范圍分配的圖。
圖10是表示工件和測(cè)頭的角度關(guān)系的圖。
圖11是說明切線矢量的圖。
圖12是表示代表法線矢量的圖。
圖13是表示代表切線矢量的圖。
圖14是說明傾斜軸線角度的圖。
圖15是說明坐標(biāo)系設(shè)定的圖。
圖16是說明坐標(biāo)系設(shè)定的另一個(gè)圖。
圖17是表示本發(fā)明的第2實(shí)施例的計(jì)算裝置的圖。
圖18是說明二維設(shè)計(jì)圖面的圖。
圖19是說明理論坐標(biāo)系中的指定點(diǎn)搜索的圖。
圖20是說明螺旋傘齒輪的圖。
圖21是說明雙曲線齒輪的環(huán)形齒輪的基本參數(shù)例的圖。
圖22是說明雙曲線齒輪的環(huán)形齒輪的切齒參數(shù)例的圖。
圖23是說明雙曲線齒輪的環(huán)形齒輪的切齒原理的一例的圖。
圖24是說明雙曲線齒輪的環(huán)形齒輪的切齒中的坐標(biāo)系的圖。
圖25是說明雙曲線齒輪的環(huán)形齒輪的切齒中的坐標(biāo)系的另一個(gè)圖。
具體實(shí)施例方式
下面根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明。
圖1表示用三維測(cè)量機(jī)實(shí)施本發(fā)明的工件曲面的測(cè)量方法的第1實(shí)施例，三維測(cè)量機(jī)100由控制裝置200和計(jì)算機(jī)300構(gòu)成測(cè)量系統(tǒng)10。
三維測(cè)量機(jī)100具有架設(shè)在直立設(shè)置于測(cè)量工作臺(tái)101的兩端的立柱102和支柱103之間的X軸橫梁104。還具有由空氣軸承支承在該X軸橫梁104上的在X軸方向能夠移動(dòng)的X軸滑塊106(X軸移動(dòng)機(jī)構(gòu))和由空氣軸承支承在該X軸滑塊106上的在Z軸方向能夠移動(dòng)的Z軸心軸107(Z軸移動(dòng)機(jī)構(gòu))。由于立柱102和支柱103也由空氣軸承支承并從測(cè)量工作臺(tái)101上浮，立柱102由設(shè)置在測(cè)量工作臺(tái)101的一端上的Y軸導(dǎo)向機(jī)構(gòu)105通過空氣軸承在Y軸方向上導(dǎo)向，所以立柱102和支柱103成為一體并能在Y軸方向上移動(dòng)(Y軸移動(dòng)機(jī)構(gòu))。
X軸滑塊106、立柱102和支柱103、Z軸心軸107能由線性標(biāo)尺檢測(cè)各自的移動(dòng)量。在此，X軸、Y軸、Z軸處于相互垂直的關(guān)系。
在Z軸心軸107的下端設(shè)置接觸信號(hào)測(cè)頭110，在其觸針111的頂端上設(shè)置球狀觸頭112。
在測(cè)量工作臺(tái)101上載置工件W(雙曲線齒輪的環(huán)形齒輪)，通過使接觸信號(hào)測(cè)頭的球狀觸頭112與其齒面Wt接觸來輸出接觸信號(hào)，從線性標(biāo)尺讀取其瞬間的各軸移動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)量作為測(cè)量數(shù)據(jù)被輸出。
圖2表示測(cè)量系統(tǒng)10的電氣單元的主要部分的方框圖。
在三維測(cè)量機(jī)100上，具有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的X軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)121、Y軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)122和Z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)123、分別驅(qū)動(dòng)X軸滑塊106、立柱102和Z軸心軸107。這些各軸的滑塊的移動(dòng)量，由X軸標(biāo)尺124、Y軸標(biāo)尺125和Z軸標(biāo)尺126檢測(cè)。
在控制裝置200內(nèi)，設(shè)置驅(qū)動(dòng)X軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)121的電動(dòng)機(jī)的X軸驅(qū)動(dòng)電路201、驅(qū)動(dòng)Y軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)122的電動(dòng)機(jī)的Y軸驅(qū)動(dòng)電路202和驅(qū)動(dòng)Z軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)123的電動(dòng)機(jī)的Z軸驅(qū)動(dòng)電路203。三維測(cè)量機(jī)100的各軸的標(biāo)尺與X軸計(jì)數(shù)器204、Y軸計(jì)數(shù)器205和Z軸計(jì)數(shù)器206連接，各軸滑塊的移動(dòng)量由這些各軸的計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，同時(shí)由在接觸信號(hào)測(cè)頭110的接觸信號(hào)生成電路116中生成的接觸信號(hào)S，將其各軸計(jì)數(shù)值D(xi、yi、zi)作為測(cè)量數(shù)據(jù)輸出。
接觸信號(hào)測(cè)頭110具有接觸信號(hào)生成電路116和軸線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)117，如圖3所示，相對(duì)于接觸信號(hào)測(cè)頭110的測(cè)頭本體113的軸線114，觸針111的軸線115可以向任意方向傾斜。更具體地講，軸線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)117由垂直傾斜驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和水平回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成，該垂直傾斜驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以使觸針111的軸線115相對(duì)于測(cè)頭本體113的軸線114只傾斜任意角度θv，該水平回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以使觸針111的軸線115在與測(cè)頭本體113的軸線114垂直的平面內(nèi)只回轉(zhuǎn)任意角度θh。
該軸線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)117由控制裝置200的軸線驅(qū)動(dòng)電路225驅(qū)動(dòng)。
計(jì)算機(jī)300控制各軸驅(qū)動(dòng)電路201-203和軸線驅(qū)動(dòng)電路225，同時(shí)把各軸計(jì)數(shù)值D(xi、yi、zi)作為測(cè)量齒面數(shù)據(jù)Mi進(jìn)行輸入。
在計(jì)算機(jī)300內(nèi)具有未圖示的各種輸入輸出裝置(鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)、線路輸入輸出裝置、輔助存儲(chǔ)裝置等)，根據(jù)目的進(jìn)行各種輸入輸出操作和計(jì)算處理結(jié)果的顯示或打印等。
圖4是表示在計(jì)算機(jī)300中執(zhí)行本發(fā)明的工件曲面的測(cè)量方法時(shí)的處理順序的流程圖，作為工件，以進(jìn)行雙曲線齒輪的環(huán)形齒輪的齒面測(cè)量的場(chǎng)合為例進(jìn)行說明。
首先，由S10開始工件曲面的測(cè)量方法的執(zhí)行。
接著，在S20中，根據(jù)工件W(齒輪)的設(shè)計(jì)圖紙等輸入基本參數(shù)(例如，圖21)和切齒參數(shù)(例如，圖22)。在此，切齒參數(shù)也可以是從理論值或者測(cè)量實(shí)際齒輪的結(jié)果推斷的推斷值。
接下來，在S30中，根據(jù)基本參數(shù)和切齒參數(shù)算出齒輪齒面的理論式。理論式可以從機(jī)構(gòu)學(xué)上記述并算出根據(jù)理論上的切齒參數(shù)或者推斷的切齒參數(shù)的切齒的過程，例如，雙曲線齒輪的環(huán)形齒輪的齒面Xg和單位齒面法線Ng可以如下面那樣求出。
Xg(u，v)＝A-1(λgr+π/2){Xgc(u，v)+Dg)......(4)Ng(u，v)＝A-1(λgr+π/2)Ngc(u)......(5)在此，Xg、A(關(guān)于繞xm軸回轉(zhuǎn)的坐標(biāo)變換矩陣)、Xgc(刀具刃面上的位置矢量)、Dg(切齒機(jī)的坐標(biāo)系Om中的刀具中心Oc的位置)、Ngc(刀具刃面上的單位法線)都是矢量。u表示刀具1的回轉(zhuǎn)角，v表示從刀具中心Oc到刀具刃面的距離。λgr表示機(jī)器齒根角(齒底圓錐角)(參照?qǐng)D25)。
在此，S20、S30各步驟構(gòu)成理論式輸入步驟，但在理論式已知的場(chǎng)合，或者已經(jīng)從測(cè)量數(shù)據(jù)的解析結(jié)果導(dǎo)出形狀式的場(chǎng)合，也可以直接輸入理論式或者形狀式，來代替根據(jù)設(shè)計(jì)值等各參數(shù)算出的理論式，在以后的各步驟中用作理論式。
下面，在S40中根據(jù)理論式設(shè)定測(cè)量范圍。
工件W的齒面Xw，如圖6所示，有右齒面Xw2和左齒面Xw1，但由于處理的順序相同，所以只對(duì)左齒面Xw1的測(cè)量進(jìn)行說明。
在測(cè)量范圍的設(shè)定中，在左齒面Xw1的齒面范圍內(nèi)設(shè)定1個(gè)或多個(gè)測(cè)量范圍An。該設(shè)定算法可以使用各種算法，在此，等分割齒向方向來設(shè)定測(cè)量范圍。圖7表示1張齒面Xw1，紙面左側(cè)是齒輪內(nèi)側(cè)，紙面下側(cè)是齒面谷底側(cè)，表示二等分齒向方向的測(cè)量范圍A1、A2。
然后，在S50中，計(jì)算每個(gè)測(cè)量范圍的代表點(diǎn)的坐標(biāo)值和法線矢量。
作為代表點(diǎn)的設(shè)定算法，有各種方法，例如，在測(cè)量齒輪齒節(jié)的場(chǎng)合，一般是在測(cè)量范圍的中央取一點(diǎn)，在進(jìn)行齒面形狀測(cè)量時(shí)，一般是在測(cè)量范圍的兩端各取一點(diǎn)，共計(jì)2點(diǎn)。在圖7的例子中，在齒面的齒高方向(齒面的從齒底側(cè)向齒頂側(cè)的方向)中央位置上，在各個(gè)測(cè)量范圍A1、A2的兩端設(shè)置代表點(diǎn)Q11、Q12、Q21、Q22，根據(jù)理論式計(jì)算各個(gè)代表點(diǎn)的坐標(biāo)值和法線矢量。
接下來，在S60中，算出同一測(cè)量范圍(例如A1)的代表點(diǎn)Q11、Q12的法線矢量N11、N12交叉形成的內(nèi)角度θi(參照?qǐng)D8)，測(cè)試該內(nèi)角角度θi是否在規(guī)定角度以內(nèi)，在該內(nèi)角角度θi≤規(guī)定角度時(shí)，判斷為該測(cè)量范圍的齒面的彎曲小。即，可以判斷為在不變更觸針的軸線角度θh的情況下，用相同的軸線角度θh能進(jìn)行該測(cè)量范圍的測(cè)量，該場(chǎng)合，使處理向S80分支并決定觸針的軸線角度。
另一方面，在內(nèi)角角度θi超過規(guī)定角度的場(chǎng)合，判斷為該測(cè)量范圍的齒面的彎曲大。即，在不變更觸針的軸線角度的情況下用相同的軸線角度θh，在測(cè)量該測(cè)量范圍的場(chǎng)合，可以判斷為有產(chǎn)生工件W和測(cè)頭110干涉的可能性，該場(chǎng)合，使處理向S70分支并分割測(cè)量范圍。
作為S70的測(cè)量范圍分割算法，可以使用各種算法，在此，使用二等分齒向方向的方法。圖9表示用該方法把測(cè)量范圍A1分割成A11和A12的例子。
在S70中，在分割了測(cè)量范圍之后，使處理返回到S50，再次計(jì)算每個(gè)測(cè)量范圍的代表點(diǎn)的坐標(biāo)值和法線矢量。
這樣一來，反復(fù)進(jìn)行測(cè)量范圍的分割，直到內(nèi)角角度θi成為規(guī)定角度以內(nèi)為止。
在S80中，當(dāng)決定觸針111的軸線角度θh、θv時(shí)，首先算出切線矢量Tw。例如，如圖10所示，如果齒輪的齒是沒有彎曲的直齒，當(dāng)圖的紙面為水平面時(shí)，觸針111的水平內(nèi)的軸線角度θh，可以由測(cè)量哪一個(gè)齒面來唯一地決定。與此相反，在是螺旋齒輪的場(chǎng)合，例如，如圖6所示，由于在齒面上有彎曲，所以需要根據(jù)測(cè)量范圍的彎曲角度來決定軸線角度θh。
因此，如圖11所示，求出與測(cè)量范圍的法線矢量Nw垂直的齒向方向切線矢量Tw，把使其測(cè)量范圍中的工件曲面相切同時(shí)包含切線矢量Tw的面(垂直于法線矢量的面)與包含觸針111的軸線115的面平行的角度定為面方向軸線角度θh。
基于法線矢量算出切線矢量的方法有各種方法，在測(cè)量范圍內(nèi)設(shè)定多個(gè)代表點(diǎn)的場(chǎng)合，可以用合成各代表點(diǎn)的法線矢量來算出其測(cè)量范圍的代表法線矢量Nr，從該代表法線矢量Nr求代表切線矢量Tr的方法(參照?qǐng)D12)，從各法線矢量求各切線矢量，并合成各切線矢量來求代表切線矢量Tr的方法(參照?qǐng)D13)等任一方法求切線矢量。
接著，如圖14所示，在工件W的測(cè)量面(齒向方向)相對(duì)于基準(zhǔn)面傾斜的場(chǎng)合，可以容易地從機(jī)器齒根角λgr決定傾斜軸線角度θv(傘齒輪的場(chǎng)合，齒高方向軸線角度)。即，根據(jù)工件形狀決定傾斜軸線角度θv。
再有，軸線角度(面方向軸線角度θh和傾斜軸線角度v)由每個(gè)測(cè)量范圍決定。
這樣一來，在每個(gè)測(cè)量范圍的軸線角度被決定后進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量的場(chǎng)合，通過指定測(cè)量范圍，軸線驅(qū)動(dòng)電路225控制軸線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)117并把觸針111的軸線115的角度調(diào)整到θh、θv。在不具有軸線驅(qū)動(dòng)電路225和軸線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)117的場(chǎng)合，手動(dòng)調(diào)整觸針111的軸線115的角度，使之顯示成在顯示器上的角度θh、θv。
然后，在A90中，輸入測(cè)量條件。作為該測(cè)量條件，有使用的接觸信號(hào)測(cè)頭110的種類(接觸信號(hào)測(cè)頭/仿形測(cè)頭)、觸針軸線角度θv、θh的最大值/控制分辨率、是否用旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)能回轉(zhuǎn)地載置工件W、測(cè)頭球狀觸頭112的直徑、回程距離(可以安全地變更觸針111的軸線角度的離開工件W的距離)、測(cè)量種類(節(jié)距測(cè)量/齒面形狀測(cè)量/多個(gè)齒面的方向測(cè)量)、測(cè)量的齒面的數(shù)量、測(cè)量的齒面的方向(左/右)等。
接著在S100中生成測(cè)量零件程序。
由于測(cè)量范圍和測(cè)量該測(cè)量范圍時(shí)應(yīng)該調(diào)整的觸針111的軸線角度θh、θv已經(jīng)被決定，所以可以根據(jù)測(cè)量條件和理論式(Xg、Ng)生成每個(gè)測(cè)量范圍的測(cè)量零件程序。
在該測(cè)量零件程序中，含有通過經(jīng)軸線驅(qū)動(dòng)電路225控制軸線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)117來調(diào)整觸針111的軸線角度的觸針軸線角度調(diào)整命令。
另外，由于用接觸信號(hào)測(cè)頭和仿形測(cè)頭時(shí)測(cè)量方法不同，所以根據(jù)使用的測(cè)頭生成與測(cè)頭對(duì)應(yīng)的測(cè)量零件程序(接觸信號(hào)測(cè)量零件程序、仿形測(cè)量部分零件等)。
生成的測(cè)量零件程序，由存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)300內(nèi)的測(cè)量零件程序執(zhí)行程序(未圖示)執(zhí)行，經(jīng)控制裝置200控制三維測(cè)量機(jī)100并從控制裝置200中輸出規(guī)定的測(cè)量數(shù)據(jù)。
接下來，在S110中進(jìn)行把實(shí)際的工件W載置在三維測(cè)量機(jī)100上并進(jìn)行測(cè)量時(shí)必需的工件坐標(biāo)系的設(shè)定。
在圖5的流程圖中表示S110的詳細(xì)處理內(nèi)容。
在S100中生成的測(cè)量零件程序，與在理論坐標(biāo)系中生成的相對(duì)應(yīng)并在實(shí)際的工件W的測(cè)量時(shí)設(shè)定工件坐標(biāo)系。由于該工件坐標(biāo)系和理論坐標(biāo)系通常不一致，所以有必要使兩個(gè)坐標(biāo)系一致，或者把測(cè)量零件程序的各坐標(biāo)值變換成工件坐標(biāo)值。
在應(yīng)當(dāng)使工件坐標(biāo)系和理論坐標(biāo)系一致的場(chǎng)合，在S220中使坐標(biāo)系一致。
與此相反，在最好使坐標(biāo)系不一致的場(chǎng)合(例如，在把工件W載置在三維測(cè)量機(jī)上時(shí)，由于工件W的形狀或載置姿勢(shì)，難以直覺地把握理論坐標(biāo)系的場(chǎng)合等)，在S230中進(jìn)行坐標(biāo)變換。
在S210中進(jìn)行這些分支處理。到底進(jìn)行哪一種處理，通常由操作者選擇。
在S220中，一旦把三維測(cè)量機(jī)的坐標(biāo)系O臨時(shí)設(shè)定為工件坐標(biāo)系之后，測(cè)量工件W的一點(diǎn)或多點(diǎn)，根據(jù)其結(jié)果修正臨時(shí)的工件坐標(biāo)系。
工件W向測(cè)量工作臺(tái)101上載置的載置姿勢(shì)是任意的，在此，為了簡(jiǎn)化說明，工件W是雙曲線齒輪的環(huán)形齒輪，以其背面Wb與測(cè)量工作臺(tái)101接觸的姿勢(shì)載置在測(cè)量工作臺(tái)101上。而且，被設(shè)定成，環(huán)形齒輪的軸心zg與三維測(cè)量機(jī)的z軸平行，齒輪中心Og為三維測(cè)量機(jī)z軸的原點(diǎn)，同時(shí)，被設(shè)定成，環(huán)形齒輪的軸心zg的位置為三維測(cè)量機(jī)的x軸和y軸的原點(diǎn)O。
然后，使測(cè)頭110的球狀觸頭112與工件W的齒面Xw的一點(diǎn)接觸，讀取球狀觸頭112的中心位置p(px、py、pz)(參照?qǐng)D15)。根據(jù)其結(jié)果，算出從原點(diǎn)O到中心位置p(px、py、pz)的xy平面內(nèi)的直線O-p的長(zhǎng)度Lt(＝px2+py2)1/2)。
接下來，在齒輪的坐標(biāo)系Og(理論式的坐標(biāo)系)中，求出假定在高度pz使球狀觸頭112與用齒面式(4)表示的理論齒面接觸時(shí)從xgyg平面內(nèi)的齒輪中心到球狀觸頭112中心位置pg的距離等于Lt的位置，算出xg軸和中心位置pg所成的角度θg。
接著，如圖16所示，把只使直線O-p繞z軸回轉(zhuǎn)-θg角度時(shí)的該直線方向定為xw軸(工件坐標(biāo)系的X軸)，設(shè)定通過原點(diǎn)O，與xw軸正交的yw軸(工件坐標(biāo)系的Y軸)，同時(shí)，把z軸直接作為zw軸(工件坐標(biāo)系的Z軸)。通過這些處理，設(shè)定與理論式中的齒輪坐標(biāo)系Og一致的工件坐標(biāo)系Ow。
在此，如果對(duì)于齒面的多個(gè)點(diǎn)(z軸方向的高度也可以不相同)進(jìn)行同樣的處理，求出多個(gè)工件坐標(biāo)系，求其平均值作為工件坐標(biāo)系Ow，可以更高精度地設(shè)定工件坐標(biāo)系。
這樣，在使測(cè)量坐標(biāo)系回轉(zhuǎn)來設(shè)定與齒輪坐標(biāo)系一致的工件坐標(biāo)系的場(chǎng)合，由于理論式(4)、(5)與工件坐標(biāo)系中的齒面式一致，所以將其定為工件面式Xw，單位齒面法線Nw。
與此相反，在理論式的坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系不一致的場(chǎng)合，在S230中進(jìn)行坐標(biāo)變換。該場(chǎng)合不使工件坐標(biāo)系回轉(zhuǎn)，將直線O-p方向直接作為xw軸，設(shè)定工件坐標(biāo)系，使測(cè)量零件程序的各坐標(biāo)值、軸線角度繞zg軸只回轉(zhuǎn)-θg。
或者，也可以是使理論式(4)、(5)繞zg軸只回轉(zhuǎn)-θg角度來算出工件坐標(biāo)式Xw和單位齒面法線Nw，根據(jù)該新的工件坐標(biāo)式，可以再生成測(cè)量零件程序。
在S120中結(jié)束處理，然后根據(jù)需要執(zhí)行測(cè)量零件程序而可進(jìn)行工件W的測(cè)量。
實(shí)施例2將實(shí)施例1的計(jì)算機(jī)300置換成計(jì)算裝置400，其它的構(gòu)成與實(shí)施例2相同。
圖17表示計(jì)算裝置400的框圖。
在該圖17中，參數(shù)輸入電路401的動(dòng)作內(nèi)容與圖4的S20相同，理論式計(jì)算電路402的動(dòng)作內(nèi)容與圖4的S30相同，測(cè)量范圍設(shè)定電路403的動(dòng)作內(nèi)容與圖4的S40相同，代表點(diǎn)計(jì)算電路404的動(dòng)作內(nèi)容與圖4的S50相同，內(nèi)角角度判定電路405的動(dòng)作內(nèi)容與圖4的S60相同，測(cè)量范圍分割電路406的動(dòng)作內(nèi)容與圖4的S70相同，軸線角度決定電路407的動(dòng)作內(nèi)容與圖4的S80相同，條件輸入電路408的動(dòng)作內(nèi)容與圖4的S90相同，程序生成電路409的動(dòng)作內(nèi)容與S100相同，坐標(biāo)系設(shè)定電路410的動(dòng)作內(nèi)容與圖4的S110相同，故省略其詳細(xì)說明。
但是，在理論式已經(jīng)已知的場(chǎng)合，或者在已經(jīng)從測(cè)量數(shù)據(jù)的解析結(jié)果中導(dǎo)出了形狀式的場(chǎng)合，可以用理論式輸入電路置換參數(shù)輸入電路401和理論式計(jì)算電路402，直接輸入理論式或者形狀式，代替根據(jù)設(shè)計(jì)值等參數(shù)的理論式的算出，在以后的各電路中用作理論式。
另外，也可以由坐標(biāo)系修正判斷電路(與S210動(dòng)作相同)、坐標(biāo)系修正電路(與S220動(dòng)作相同)、坐標(biāo)變換電路(與S230動(dòng)作相同)構(gòu)成坐標(biāo)系設(shè)定電路410。
另外，在各電路中，根據(jù)需要包含存儲(chǔ)各種輸入數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果的規(guī)定容量的存儲(chǔ)電路。
再有，該計(jì)算裝置400還具有未圖示的各種輸入輸出裝置(鍵盤、鼠標(biāo)、顯示器、打印機(jī)、線路輸入輸出裝置、輔助存儲(chǔ)裝置等)，根據(jù)目的可進(jìn)行各種操作和計(jì)算處理結(jié)果的顯示或打印等。
用程序生成電路409生成的測(cè)量零件程序由計(jì)算裝置400的未圖示的測(cè)量零件程序執(zhí)行電路執(zhí)行，經(jīng)控制裝置200控制三維測(cè)量機(jī)100并從控制裝置200輸出規(guī)定的測(cè)量數(shù)據(jù)。
再有，無論在哪一個(gè)實(shí)施例中，都由面方向軸線角度控制測(cè)頭的水平回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，由傾斜軸線角度控制測(cè)頭的垂直傾斜驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。
變形例只是與實(shí)施例1的測(cè)量方法(圖4)的S20～S50中的處理不同，其他與實(shí)施例1相同。
在此，把與實(shí)施例1中的處理S20～S50對(duì)應(yīng)的變形例中的處理定為S20′～S50′。
在該變形例中，在S20′中輸入根據(jù)工件W(齒輪)的設(shè)計(jì)圖(圖18所示的二維設(shè)計(jì)圖)的基本參數(shù)(例如圖21)和切齒參數(shù)(例如圖22)。在此，切齒參數(shù)也可以是理論值或者從測(cè)量實(shí)際的齒輪的結(jié)果中推斷的推斷值。
接著，在S30′中，根據(jù)基本參數(shù)和切齒參數(shù)算出齒輪齒面的理論式。理論式可以機(jī)械學(xué)地記述并算出根據(jù)理論上的切齒參數(shù)或者推斷切齒參數(shù)的切齒過程，例如，由式(4)、(5)求出雙曲線齒輪的環(huán)形齒輪的齒面式Xg和單位齒面法線Ng。
在此，Xg、A(關(guān)于繞xm軸回轉(zhuǎn)的坐標(biāo)變換矩陣)、Xgc(刀具刃面上的位置矢量)、Dg(切齒機(jī)的坐標(biāo)系Om中的刀具中心Oc的位置)、Ngc(刀具刃面上的單位法線)都是矢量。u表示刀具1的回轉(zhuǎn)角、v表示從刀具中心Oc到刀具刃面的距離。λgr表示機(jī)器齒根角(齒底圓錐角)(參照?qǐng)D25)。
接下來，計(jì)算二維設(shè)計(jì)圖的設(shè)計(jì)坐標(biāo)系的原點(diǎn)Og(xd、zd)和三維理論式的理論坐標(biāo)系(xg、yg、zg)之間的坐標(biāo)變換系數(shù)。
圖25中的齒輪的理論坐標(biāo)系的原點(diǎn)Og與工件背面Wb的距離為L(zhǎng)g。與此相對(duì)，在圖18所示的設(shè)計(jì)坐標(biāo)系中，由于原點(diǎn)Od位于工件背面Wb上，所以理論坐標(biāo)系Og的zg軸和設(shè)計(jì)坐標(biāo)系Od的zd軸的位置一致，但有距離Lg的偏置量。
另外，由于理論坐標(biāo)系Og的xg軸和設(shè)計(jì)坐標(biāo)系Od的xd軸相互平行，所以從二維設(shè)計(jì)圖的設(shè)計(jì)坐標(biāo)系Od(xd、zd)向三維理論式的理論坐標(biāo)系(xg、yg、zg)的坐標(biāo)變換，可以在設(shè)計(jì)坐標(biāo)系Od的zd軸坐標(biāo)上增加偏置量一Lg(坐標(biāo)變換系數(shù))。通過該坐標(biāo)變換操作，二維設(shè)計(jì)坐標(biāo)系Od(xd、zd)上的指定的點(diǎn)，與三維理論式的理論坐標(biāo)系(zg、yg、zg)的xgzg平面上的點(diǎn)對(duì)應(yīng)。
然后，在S40′中設(shè)定測(cè)量范圍。該測(cè)量范圍在圖18所示的設(shè)計(jì)坐標(biāo)系中，設(shè)定為含有代表點(diǎn)(例如Q1)的區(qū)域。
接著，在S50′中計(jì)算每個(gè)測(cè)量范圍的代表點(diǎn)的三維坐標(biāo)值和法線矢量。
代表點(diǎn)的設(shè)定，可以使用與實(shí)施例1同樣的算法。
該代表點(diǎn)的指定是通過在圖18的二維設(shè)計(jì)圖上指定測(cè)量點(diǎn)(Q1、Q2......Qn)，輸入各自的坐標(biāo)值(xd、zd)來進(jìn)行的。
然后，計(jì)算各指定點(diǎn)(Q1、Q2......Qn)的三維坐標(biāo)值和法線矢量。
按已經(jīng)說明的那樣，由坐標(biāo)變換系數(shù)把各指定點(diǎn)(Q1、Q2......Qn)變換到理論坐標(biāo)系Og上的xgzg平面上(參照?qǐng)D19)。
接下來，求出從指定點(diǎn)Qi到原點(diǎn)Og的距離Li，搜索從原點(diǎn)Og到用理論齒面式Xg表示的Gi的距離等于該距離Li的點(diǎn)Gi。
如果理論齒面上的點(diǎn)Gi被決定，通過齒面式Xg(式4)和單位齒面法線Ng(式5)，求出點(diǎn)Gi的理論坐標(biāo)系中的三維坐標(biāo)值和法線矢量。
再有，該變形例的程序的生成，與實(shí)施例1的測(cè)量零件程序的生成(S100)基本相同，但在該變形例中，由于根據(jù)二維設(shè)計(jì)圖可以求出指定的指定點(diǎn)(Qn)的三維坐標(biāo)值和法線矢量，所以可以根據(jù)二維設(shè)計(jì)圖指定測(cè)量點(diǎn)，由于測(cè)量條件(測(cè)頭的球狀觸頭112的直徑等)已被輸入，所以根據(jù)它們可以容易地生成理論坐標(biāo)系Og中的測(cè)量零件程序。
在此，由于在用接觸信號(hào)測(cè)頭和仿形測(cè)頭時(shí)，因使用的測(cè)頭不同而使測(cè)量方法不同，所以生成與測(cè)頭對(duì)應(yīng)的測(cè)量零件程序(接觸信號(hào)測(cè)量零件程序，仿形測(cè)量零件程序等)。
另外，在坐標(biāo)系設(shè)定(S110)之后，在執(zhí)行生成的測(cè)量零件程序并得到測(cè)量數(shù)據(jù)M之后，也可以計(jì)算該測(cè)量數(shù)據(jù)和測(cè)量點(diǎn)的理論三維坐標(biāo)值(等于工件坐標(biāo)系Ow的坐標(biāo)值)的誤差并顯示該誤差或者進(jìn)行輸出等。
另外，在該變形例中，表示了生成、執(zhí)行測(cè)量零件程序并得到測(cè)量數(shù)據(jù)的例子，但作為其變形，也可以進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量，該場(chǎng)合，不需要測(cè)量零件程序生成步驟(S100)。
在進(jìn)行手動(dòng)測(cè)量的場(chǎng)合，坐標(biāo)系設(shè)定(S110)之后，用手動(dòng)移動(dòng)測(cè)頭并使球狀觸頭112與工件的測(cè)量對(duì)象面接觸，由這時(shí)產(chǎn)生的接觸信號(hào)S把各軸計(jì)數(shù)值D(xi、i、Zi)作為測(cè)量數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)300。
接著，根據(jù)計(jì)數(shù)值D的x軸坐標(biāo)值xi和z軸坐標(biāo)值z(mì)i，與變形例的S50′一樣進(jìn)行指定點(diǎn)計(jì)算，搜索理論坐標(biāo)系Og中的點(diǎn)Gi，求出該點(diǎn)Gi的理論三維坐標(biāo)值。
然后，計(jì)算測(cè)量數(shù)據(jù)M和測(cè)量點(diǎn)的理論三維坐標(biāo)值(等于工件坐標(biāo)Ow的坐標(biāo)值)的誤差，輸出該誤差。
本發(fā)明不局限于這些實(shí)施例。
例如，在實(shí)施例1、2中，表示了用三維測(cè)量機(jī)作為測(cè)量機(jī)的例子，但不局限使此，在表面粗糙度測(cè)量機(jī)、輪廓形狀測(cè)量機(jī)、圓度測(cè)量機(jī)、圖像測(cè)量機(jī)等表面特性測(cè)量機(jī)中也可以實(shí)施本發(fā)明。
另外，不局限于相對(duì)于固定載置的工件移動(dòng)檢測(cè)器進(jìn)行測(cè)量的表面特性測(cè)量機(jī)，也可以是相對(duì)于被固定的檢測(cè)器使被測(cè)定物移動(dòng)來進(jìn)行測(cè)量的表面特性測(cè)量機(jī)。
再有，這些從S10至S120和從S200至S240的處理順序，可以做成能用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的程序，而該程序可以存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)供給使用者。在此，該程序可以是能用計(jì)算機(jī)執(zhí)行的機(jī)械語言、匯編語言、高級(jí)語言等任何一種語言。作為計(jì)算機(jī)中的執(zhí)行形態(tài)，可以是由編譯器編譯的形態(tài)，也可以是由翻譯器執(zhí)行的中間語言形態(tài)。作為向使用者提供的形態(tài)，除了存儲(chǔ)在軟盤、MO盤、DVD盤、磁帶等各種存儲(chǔ)介質(zhì)內(nèi)來提供而外，也可以經(jīng)由含有有線或無線的因特網(wǎng)的通信線路來提供。
權(quán)利要求
1.一種工件曲面的測(cè)量方法，其特征在于，包括獲得由具有觸針的測(cè)頭測(cè)量曲面的工件的理論式的理論式輸入步驟；設(shè)定作為在前述曲面上進(jìn)行測(cè)量的范圍的測(cè)量范圍的測(cè)量范圍設(shè)定步驟；在前述測(cè)量范圍上設(shè)定代表點(diǎn)，根據(jù)前述理論式計(jì)算該代表點(diǎn)的坐標(biāo)值和法線矢量的代表點(diǎn)計(jì)算步驟；根據(jù)前述法線矢量決定前述觸針的軸線角度的軸線角度決定步驟；
2.如權(quán)利要求1所述的工件曲面的測(cè)量方法，其特征在于，前述理論式輸入步驟包括輸入前述工件的基本參數(shù)的參數(shù)輸入步驟；根據(jù)前述基本參數(shù)算出前述工件的理論式的理論式計(jì)算步驟。
3.如權(quán)利要求1所述的工件曲面的測(cè)量方法，其特征在于，在前述軸線角度決定步驟中，根據(jù)前述法線矢量算出前述測(cè)量范圍中的工件曲面的面方向的切線矢量，根據(jù)該切線矢量決定前述觸針的面方向軸線角度。
4.如權(quán)利要求3所述的工件曲面的測(cè)量方法，其特征在于，在前述代表點(diǎn)計(jì)算步驟中，前述代表點(diǎn)包含作為前述測(cè)量范圍的一端的第1端點(diǎn)和作為前述測(cè)量范圍的另一端點(diǎn)的第2端點(diǎn)，根據(jù)前述理論式計(jì)算第1端點(diǎn)坐標(biāo)值、第1端點(diǎn)法線矢量、第2端點(diǎn)坐標(biāo)值和第2端點(diǎn)法線矢量，在前述軸線角度決定步驟中，根據(jù)從前述第1端點(diǎn)法線矢量和前述第2端點(diǎn)法線矢量算出的前述切線矢量，決定前述面方向軸線角度。
5.如權(quán)利要求4所述的工件曲面的測(cè)量方法，其特征在于，在前述軸線角度決定步驟中，合成前述第1法線矢量和前述第2法線矢量而算出代表法線矢量，并根據(jù)該代表法線矢量算出作為前述切線矢量的代表切線矢量，根據(jù)該代表切線矢量決定前述面方向軸線角度。
6.如權(quán)利要求4所述的工件曲面的測(cè)量方法，其特征在于，在前述軸線角度決定步驟中，根據(jù)前述第1法線矢量和前述第2法線矢量算出第1切線矢量和第2切線矢量，根據(jù)該第1切線矢量和第2切線矢量算出前述切線矢量并決定上述面方向軸線角度。
7.如權(quán)利要求1所述的工件曲面的測(cè)量方法，其特征在于，在前述測(cè)量范圍設(shè)定步驟中，設(shè)定預(yù)先決定的規(guī)定數(shù)量的測(cè)量范圍。
8.如權(quán)利要求4所述的工件曲面的測(cè)量方法，其特征在于，求出前述第1法線矢量與前述第2法線矢量的夾角的內(nèi)角角度，在該內(nèi)角角度超過規(guī)定角度的場(chǎng)合，還具有分割前述測(cè)量范圍的測(cè)量范圍分割步驟，反復(fù)執(zhí)行前述測(cè)量范圍分割步驟和前述代表點(diǎn)計(jì)算步驟，直到前述內(nèi)角角度成為小于或等于前述規(guī)定角度，在前述軸線角度決定步驟中，在被前述分割的每個(gè)測(cè)量范圍上，決定前述面方向軸向角度。
9.如權(quán)利要求1所述的工件曲面的測(cè)量方法，其特征在于，在前述軸線角度決定步驟中，根據(jù)前述測(cè)量范圍的工件形狀決定前述觸針的傾斜軸線角度。
10.如權(quán)利要求1所述的工件曲面的測(cè)量方法，其特征在于，還具有輸入含有測(cè)量機(jī)的信息的測(cè)量條件的條件輸入步驟；根據(jù)前述理論式生成用于進(jìn)行前述工件測(cè)量的測(cè)量零件程序的程序生成步驟。
11.如權(quán)利要求10所述的工件曲面的測(cè)量方法，其特征在于，前述測(cè)量零件程序含有把前述觸針調(diào)整到前述軸線角度上的命令。
12.如權(quán)利要求1所述的工件曲面的測(cè)量方法，其特征在于，還具有根據(jù)載置在前述測(cè)量機(jī)上的前述工件的姿勢(shì)設(shè)定工件坐標(biāo)系的坐標(biāo)系設(shè)定步驟。
13.如權(quán)利要求12所述的工件曲面的測(cè)量方法，其特征在于，前述坐標(biāo)系設(shè)定步驟還具有使前述工件坐標(biāo)系和前述理論式的理論坐標(biāo)系一致的坐標(biāo)系修正步驟。
14.如權(quán)利要求12所述的工件曲面的測(cè)量方法，其特征在于，前述坐標(biāo)系設(shè)定步驟，還具有在前述工件坐標(biāo)系和前述理論式的理論坐標(biāo)系不同的時(shí)候，把用前述理論坐標(biāo)系表示的坐標(biāo)值和前述軸線角度變換成用前述工件坐標(biāo)系表示的坐標(biāo)值和軸線角度的坐標(biāo)變換步驟。
15.如權(quán)利要求1所述的工件曲面的測(cè)量方法，其特征在于，前述理論式輸入步驟包括輸入基于前述工件的二維設(shè)計(jì)圖的基本參數(shù)的參數(shù)輸入步驟；根據(jù)前述基本參數(shù)算出前述工件的三維理論式的理論式計(jì)算步驟；前述代表點(diǎn)計(jì)算步驟，根據(jù)前述二維設(shè)計(jì)圖用二維坐標(biāo)設(shè)定前述代表點(diǎn)，根據(jù)前述三維理論式計(jì)算該代表點(diǎn)的三維坐標(biāo)值和法線矢量。
16.如權(quán)利要求15所述的工件曲面的測(cè)量方法，其特征在于，還具有計(jì)算前述二維設(shè)計(jì)圖的設(shè)計(jì)坐標(biāo)系和前述三維理論式的理論坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換系數(shù)的設(shè)計(jì)坐標(biāo)變換系數(shù)計(jì)算步驟。
17.如權(quán)利要求1所述的工件曲面的測(cè)量方法，其特征在于，前述測(cè)頭是接觸信號(hào)測(cè)頭和仿形測(cè)頭中的任一方。
18.如權(quán)利要求1所述的工件曲面的測(cè)量方法，其特征在于，前述工件是螺旋齒輪。
19.一種程序，其特征在于，使計(jì)算機(jī)執(zhí)行權(quán)利要求1至18中任一項(xiàng)所述的工件曲面的測(cè)量方法。
20.一種介質(zhì)，其特征在于，記錄有權(quán)利要求19所述的程序。
全文摘要
由具有觸針(111)的測(cè)頭(110)測(cè)量曲面并得到工件(W)的理論式，同時(shí)，設(shè)定作為在作為前述工件(W)的測(cè)量對(duì)象的測(cè)量面上進(jìn)行測(cè)量的范圍的測(cè)量范圍，根據(jù)在該測(cè)量范圍上設(shè)定的代表點(diǎn)的坐標(biāo)值和法線矢量決定前述觸針(11)的軸線角度。
文檔編號(hào)G01B21/04GK1609552SQ20041008376
公開日2005年4月27日 申請(qǐng)日期2004年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月20日
發(fā)明者野村陽一, 道肋宏和 申請(qǐng)人:株式會(huì)社三豐