專利名稱：面形狀的圖像顯示方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種面形狀的圖像顯示方法，通過探測器(probe)對(duì)工件的 被測量面的面形狀進(jìn)行在機(jī)測量，根據(jù)所測得的形狀數(shù)據(jù)在畫面上顯示被測量 面的面形狀。
技術(shù)背景一般，作為通過接觸式探測器對(duì)工件的被測量面的面形狀進(jìn)行在機(jī)測量， 根據(jù)測得的形狀數(shù)據(jù)顯示被測量面的面形狀的面形狀的圖像顯示方法的 一例， 有在特開2005 - 63074號(hào)公報(bào)中公開的方法。該方法是作為點(diǎn)群形態(tài)的離散數(shù) 據(jù)而取得被測量面的形狀數(shù)據(jù)，根據(jù)所取得的形狀數(shù)據(jù)進(jìn)行樣條(spline)插 補(bǔ)或正交多項(xiàng)式表現(xiàn)的變換，求得工件的X-Y正交2軸的坐標(biāo)位置的被測量 面的高度Z。作為使探測器在工件的被測量面上沿X軸方向和Y軸方向直線動(dòng)作時(shí)的、 X-Y正交2軸的坐標(biāo)位置所對(duì)應(yīng)的Z軸方向的高度數(shù)據(jù)，取得形狀數(shù)據(jù)。即， 探測器以規(guī)定的接觸壓力接觸被測量面的狀態(tài)下，在X軸方向或Y軸方向連 續(xù)移動(dòng)，在規(guī)定的時(shí)刻測量X-Y正交2軸的坐標(biāo)位置的探測器的Z方向位移， 由此取得3維形狀數(shù)據(jù)(X，Y,Z )。作為不連續(xù)的離散數(shù)據(jù)而取得的形狀數(shù)據(jù)，在X軸方向以及Y軸方向被 曲線插補(bǔ)，通過CAD而生成平滑的3維曲面。將CAD數(shù)據(jù)變換為CAM數(shù)據(jù)， 決定以規(guī)定進(jìn)刀量進(jìn)行槽加工的金剛石刀具的刀具路徑(tool path )。在現(xiàn)有方法中，在機(jī)測量而得的工件的形狀數(shù)據(jù)，作為數(shù)據(jù)文件被保存， 并且通過形狀分析軟件被變換為CAD數(shù)據(jù)。例如將CAD數(shù)據(jù)與理想的工件 的CAD數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，進(jìn)而計(jì)算出用于通過金剛石刀具等將工件加工為理想 形狀的CAM數(shù)據(jù)。這種CAD/CAM系統(tǒng)，作為可以高精度、高效率地將工件加工為規(guī)定形狀的系統(tǒng)而得到應(yīng)用。然而，在現(xiàn)有方法中存在以下問題由于機(jī)械故障、機(jī)械振動(dòng)、刀具損傷 等干擾而在工件的形狀中存在異常的情況下、由于工件的固定方法不完善而使 工件傾斜的情況下、在工件上附著了切屑的情況下等導(dǎo)致測得的形狀數(shù)據(jù)中存 在異常時(shí)，操作者無法識(shí)別這些異常，而在此狀態(tài)下連續(xù)進(jìn)行接下來的加工。 由于無法在中途對(duì)測量或接下來進(jìn)行的加工進(jìn)行中斷或者修正，所以有時(shí)使昂 貴的產(chǎn)品報(bào)廢、或者使加工生產(chǎn)線的生產(chǎn)性能下降。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種面形狀的圖像顯示方法，使操作者始終可以識(shí) 別在機(jī)測量而得的工件的被測量面的面狀態(tài)、可以瞬時(shí)掌握由測量數(shù)據(jù)反映的機(jī)械異常或工件異常、可以提高加工的可靠性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個(gè)形態(tài)提供一種面形狀的圖像顯示方法，通過探測器對(duì)工件的被測量面進(jìn)行在機(jī)測量，根據(jù)工件的所測得的形狀數(shù)據(jù)在畫 面上顯示所述被測量面的面形狀，該方法具有如下步驟為了取得所述被測量 面的連續(xù)形狀數(shù)據(jù)，使所述探測器在所述被測量面上相對(duì)移動(dòng)，同時(shí)通過所述 探測器測量所述被測量面上的多個(gè)測量位置；根據(jù)通過測量而取得的所述連續(xù) 形狀數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地顯示所述被測量面的面形狀。根據(jù)上述構(gòu)成，使探測器在被測量面上相對(duì)移動(dòng)，同時(shí)通過探測器對(duì)被測 量面上的多個(gè)測量位置進(jìn)行測量來取得被測量面的連續(xù)形狀數(shù)據(jù)，根據(jù)所取得 的連續(xù)形狀數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地顯示被測量面的面形狀，由此可以在測量的同時(shí)識(shí)別工 件的被測量面的面狀態(tài)。從而可以瞬時(shí)地掌握由測量數(shù)據(jù)反映的機(jī)械異?；蚬?件異常，可以提高加工的可靠性。另外，在所述面形狀的圖像顯示方法中，也可以根據(jù)所述工件的不連續(xù)形 狀數(shù)據(jù)，通過數(shù)學(xué)運(yùn)算方法計(jì)算出所述連續(xù)形狀數(shù)據(jù)，根據(jù)計(jì)算出的所述連續(xù) 形狀數(shù)據(jù)顯示所述被測量面的面形狀。由此，可以將在規(guī)定的測量位置測得的 不連續(xù)的多個(gè)形狀數(shù)據(jù)作為連續(xù)的形狀數(shù)據(jù)而算出。因此，也可以將形狀數(shù)據(jù) 2維化或3維化。另外，在所述面形狀的圖像顯示方法中，通過在鄰接的所述不連續(xù)形狀數(shù) 據(jù)間進(jìn)行曲線插補(bǔ)，也可以計(jì)算出所述連續(xù)形狀數(shù)據(jù)。由此，通過曲線插補(bǔ)能夠以平滑的曲線或曲面顯示被測量面。另外，在所述面形狀的圖像顯示方法中，以使所述探測器從該探測器的軸 方向以規(guī)定的接觸壓力接觸所述被測量面、同時(shí)所述探測器沿所述工件的所述 被測量面移動(dòng)的方式，使所述探測器在與所述軸方向正交的方向上相對(duì)移動(dòng)， 測量所述#1測量面的面形狀。由此，通過在被測量面上的互相正交的3軸的坐 標(biāo)系中所表示的3維位置坐標(biāo)上加上探測器的軸方向的位移數(shù)據(jù)，可以取得被 測量面的形狀數(shù)據(jù)。另外，在所述面形狀的圖像顯示方法中，也可以通過亮度的強(qiáng)弱來顯示所 述探測器的所述軸方向的所述位移數(shù)據(jù)與所述探測器的所述軸方向的機(jī)械坐 標(biāo)的合計(jì)的數(shù)值的大小，使所述位移數(shù)據(jù)的數(shù)值最大的部分的所述亮度較高， 從所述位移數(shù)據(jù)的所述數(shù)值最大的部分起，隨著數(shù)值變小而逐漸降低所述亮度。由此，通過以亮度的強(qiáng)弱來顯示探測器的位移數(shù)據(jù)的數(shù)值的大小，根據(jù)2維顯示的多個(gè)測量路徑可以得知包含被測量面的凹凸在內(nèi)的彎曲狀態(tài)。


本發(fā)明的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，通過與附圖相關(guān)的以下優(yōu)選實(shí) 施方式的說明而更加明了 。圖1是表示用于實(shí)施本發(fā)明的面形狀的圖像顯示方法的加工系統(tǒng)的一個(gè) 實(shí)施方式的主浮見圖。圖2是表示安裝在圖1的機(jī)床上的工件的正交3軸的坐標(biāo)系、和探測器的 1軸的坐標(biāo)系的說明圖。圖3是說明圖1的加工系統(tǒng)中實(shí)施的圖像顯示方法的流程圖。 圖4是具有測量對(duì)象面的工件的立體圖。圖5是以多個(gè)2維直線來表示圖4所示的測量對(duì)象面的面狀態(tài)，并且以亮 度的強(qiáng)弱來區(qū)別表示高度方向的位移(與紙面垂直的方向、即Z方向的位移) 的高低的說明圖。圖6是表示通過對(duì)由探測器測得的不連續(xù)的多個(gè)測量數(shù)據(jù)(點(diǎn)數(shù)據(jù))進(jìn)行 曲線插補(bǔ)而得到的平滑曲線的說明圖。圖7是以3維形式表示測量對(duì)象面的面狀態(tài)的說明圖。 圖8是以3維曲面表示測量對(duì)象面的面狀態(tài)的說明圖。
具體實(shí)施方式
以下，使用附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式的具體例。圖l表示用于實(shí)施 本發(fā)明的面形狀的圖像顯示方法的加工系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方式。該加工系統(tǒng)具有保持作為測定對(duì)象物的工件4的才幾床1、具有與工件4 的被測量面4a接觸的探測器8的測量器2、以及根據(jù)測量器2測得的多個(gè)測 量數(shù)據(jù)來顯示被測量面4a的面狀態(tài)(彎曲等)的圖像顯示裝置3。該加工系 統(tǒng)用于實(shí)施在測量工件4的被測量面4a的同時(shí)實(shí)時(shí)地識(shí)別被測量面4a的面狀 態(tài)的圖像顯示方法。本實(shí)施方式的機(jī)床1表示了所謂的臥式機(jī)床，但不特別限定其形態(tài)，提供 了可以在互相正交的3軸方向上直線移動(dòng)的機(jī)床。在圖1所示的機(jī)床1中，為 方便起見，將上下方向設(shè)定為Y軸方向，將與Y軸正交的左右方向設(shè)定為Z 軸方向，將與Y軸和Z軸正交的方向"i殳定為X軸方向。該4幾床1的主要構(gòu)成 部分具有可以在X軸方向上移動(dòng)的具有〕字形狀的臺(tái)座(block) 9;可以在 Z軸方向上移動(dòng)的下部臺(tái)座5;可以在Y軸方向上移動(dòng)的上部臺(tái)座6;以及在 與Z軸平行的方向上具有旋轉(zhuǎn)軸的未圖示的主軸臺(tái)座。將未圖示的主軸臺(tái)座 配置在與測量器2相當(dāng)?shù)奈恢?，在主軸臺(tái)座上可以自由裝卸地安裝了形成工件 4的被測量面4a的旋轉(zhuǎn)刀具。作為測定對(duì)象物的工件4，以被測量面4a朝向測量器2的探測器8的位 置方式被橫向保持在上部臺(tái)座6的端部。工件4的被測量面4a是通過例如球 頭立銑刀(ball end mill)等旋轉(zhuǎn)刀具被加工成規(guī)定形狀的加工面。不將工件4 從機(jī)床1取下，而在機(jī)床上通過探測器8對(duì)作為加工面的被測量面4a的形狀 進(jìn)行測量，通過CAD/CAM系統(tǒng)求得新的加工it據(jù)。測量器2具有將通過反射鏡反射激光而產(chǎn)生的千涉條紋的強(qiáng)度變換為距 離數(shù)據(jù)的裝置(未圖示)、和具有紅寶石(ruby)制造的測頭(stylus) 8a的探 測器8。測頭8a僅可以在Z軸方向(測頭8a的軸方向)上進(jìn)行位置移動(dòng)。測 頭8a的位置移動(dòng)，將激光的干涉條紋的強(qiáng)度變換為電信號(hào)。由此，通過在測 頭8a以規(guī)定的接觸壓力接觸被測量面4a的狀態(tài)下，使工件4在與Z軸正交的 垂直面(X-Y平面)內(nèi)以及Z軸方向上移動(dòng)，；故測量面4a的凹凸或彎曲作為 測頭8a的位移和Z軸方向的坐標(biāo)的合計(jì)而得到測量。探測器8的移動(dòng)是與加工路徑相同的移動(dòng)，通過探測器8將加工路徑和實(shí)際形狀的細(xì)微誤差作為測頭8a的位移來測量?；谔綔y器8的測量方法不限于本實(shí)施方式，參照圖2~圖4說明測量方 法的一例。圖2和圖4表示了探測器8所對(duì)的工件4的3維坐標(biāo)系。圖中，將 工件4的上表面12和下表面13配置為朝向Y軸方向，將工件4的左右側(cè)面 14、 15配置為朝向X軸方向，將作為工件4的端面的被測量面4a配置為朝向 Z軸方向。通過探測器8進(jìn)行的被測量面4a的測量中，以探測器8相對(duì)于工件4的 被測量面4a在X軸方向上相對(duì)移動(dòng)的方式，機(jī)床1使工件4在X軸方向上移 動(dòng)。即，以探測器8 乂人被測量面4a的長度方向的一側(cè)到另 一側(cè)在X軸方向上 相對(duì)地進(jìn)行1條路徑掃描的方式，機(jī)床1使作為X軸的臺(tái)座9在X軸方向上 移動(dòng)。如圖3的測量方法的流程圖所示，通過步驟Sl，在設(shè)定探測器8和工件4 的相對(duì)位置關(guān)系后，開始在機(jī)床1上測量工件4的被測量面4a。通過步驟S2,取得測量位置的直線軸的位置數(shù)據(jù)、和在機(jī)測量器2的探 測器8的Z軸方向的位移數(shù)據(jù)，將兩數(shù)據(jù)相加來求得測量數(shù)據(jù)。即，作為1 條路徑的測量數(shù)據(jù)，取得以規(guī)定時(shí)間間隔測得的不連續(xù)的測量數(shù)據(jù)。接著，通過步驟S3,根據(jù)位置數(shù)據(jù)(X， Y， Z)和探測器8的位移數(shù)據(jù) 取得3維測量數(shù)據(jù)。即，在探測器8的1條路徑掃描后，將工件4以規(guī)定的間 距在Y軸方向上挪動(dòng)，以探測器8再次從被測量面4a的長度方向的一側(cè)到另 一側(cè)在X軸方向上相對(duì)地進(jìn)行1條路徑掃描的方式，使臺(tái)座9在X軸方向上 移動(dòng)。在工件4的厚度方向即Y方向上重復(fù)進(jìn)行同樣的測量，得到被測量面 4a的測量數(shù)據(jù)。如此取得的測量數(shù)據(jù)，不僅在被測量面4a的X軸方向上，在 Y軸方向上也作為不連續(xù)的測量數(shù)據(jù)而被取得。接著，通過步驟S4，根據(jù)不連續(xù)的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算，取得連續(xù)的 形狀數(shù)據(jù)。即，曲線插補(bǔ)的例子如圖6所示那樣，在鄰接的不連續(xù)的測量數(shù)據(jù) 之間以曲線17進(jìn)行插補(bǔ)，由此得到了連續(xù)的3維形狀數(shù)據(jù)。在圖6中可知， 以輪廓圓圏表示的多個(gè)離散數(shù)據(jù)20被平滑地連接。最后，通過步驟S5，根據(jù)連續(xù)的形狀數(shù)據(jù)在顯示器16上實(shí)時(shí)地顯示被測量面4a的3維形狀。圖5、圖7和圖8分別顯示被測量面4a的3維形狀。在 后面描述各圖的說明。圖像顯示裝置3具備存儲(chǔ)通過探測器8測得的被測量面4a的測量數(shù)據(jù) 的存儲(chǔ)單元、在不連續(xù)的測量數(shù)據(jù)間進(jìn)行插補(bǔ)的計(jì)算單元、以及通過圖像顯示 被測量面4a的形狀的顯示器16。計(jì)算單元根據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中的多個(gè)測量 數(shù)據(jù)計(jì)算出2維曲線17，并且計(jì)算出3維曲面22。通過顯示器16如圖5所示 那樣地顯示2維曲線17，并且如圖7和圖8所示那樣地顯示3維曲面22。在圖5中表示平面地觀察3維曲面的圖。圖中，紙面表示X-Y平面，與 紙面垂直的方向表示Z方向。如圖所示，互相平行的各路徑的曲線17中，以 亮度的強(qiáng)弱表示探測器8的Z方向的位移與機(jī)床的Z軸方向坐標(biāo)的合計(jì)的大 小。表示出在亮度較高的中央部分18a，探測器8的Z方向的位移與機(jī)床的Z 軸方向坐標(biāo)的合計(jì)較大，在亮度低的兩側(cè)部分18b、 18c,探測器8的Z軸方 向的位移與機(jī)床的Z軸方向坐標(biāo)的合計(jì)較小。由此，可以通過圖像顯示被測 量面4a的彎曲的狀態(tài)。圖7是表示以立體的線框(wire flame)形式(線形式)顯示通過計(jì)算單 元計(jì)算出的曲面22的圖。在該圖中，被測量面4a的彎曲的狀態(tài)不是通過亮度 的強(qiáng)弱、而是通過立體的圖像來顯示。圖8為了更易于觀察地表現(xiàn)立體的彎曲， 以實(shí)體(solid)形式(面形式)顯示3維曲面22。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式的面形狀的圖像顯示方法，使探測器8在被測 量面4a上相對(duì)移動(dòng)，同時(shí)通過探測器8對(duì)被測量面4a上的多個(gè)測量位置進(jìn)行 測量，取得被測量面4a的測量數(shù)據(jù)，根據(jù)所取得的測量數(shù)據(jù)在圖像顯示裝置 3中實(shí)時(shí)地顯示^^皮測量面4a的面形狀，由此可以在測量的同時(shí)識(shí)別工件4的 被測量面4a的狀態(tài)。因此，可以瞬時(shí)掌握由測量數(shù)據(jù)反映的機(jī)床1的異?；?工件4的異常，可以提高加工的可靠性。此外，本發(fā)明不限定于上述實(shí)施方式，在不超出本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，可 以進(jìn)行各種變形來實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種面形狀的圖像顯示方法，通過探測器(8)對(duì)工件(4)的被測量面(4a)進(jìn)行在機(jī)測量，根據(jù)所述被測量面的所測得的形狀數(shù)據(jù)，在畫面上顯示所述被測量面(4a)的面形狀，其特征在于，具有如下步驟為了取得所述被測量面(4a)的連續(xù)形狀數(shù)據(jù)，使所述探測器(8)在所述被測量面(4a)上相對(duì)移動(dòng)，同時(shí)通過所述探測器(8)測量所述被測量面(4a)上的多個(gè)測量位置；以及根據(jù)通過測量而取得的所述連續(xù)形狀數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地顯示所述被測量面(4a)的面形狀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面形狀的圖像顯示方法，其特征在于， 根據(jù)所述工件(4)的不連續(xù)形狀數(shù)據(jù)，通過^:學(xué)運(yùn)算方法計(jì)算出所述連續(xù)形狀數(shù)據(jù)，根據(jù)計(jì)算出的所述連續(xù)形狀數(shù)據(jù)顯示所述被測量面(4a)的面形 狀。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的面形狀的圖像顯示方法，其特征在于， 通過在鄰接的所述不連續(xù)形狀數(shù)據(jù)之間進(jìn)行曲線插補(bǔ)，計(jì)算出所述連續(xù)形狀數(shù)據(jù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的面形狀的圖像顯示方法，其特征在于， 以使所述探測器(8)從該探測器(8)的軸方向以規(guī)定的接觸壓力接觸所述被測量面(4a)、同時(shí)所述探測器(8)沿所述工件(4)的所述被測量面(4a) 移動(dòng)的方式，使所述探測器(8)在與所述軸方向正交的方向上相對(duì)移動(dòng)，測 量所述被測量面(4a)的面形狀。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的面形狀的圖像顯示方法，其特征在于， 通過亮度的強(qiáng)弱來顯示所述探測器(8)的所述軸方向的所述位移數(shù)據(jù)與所述探測器(8)的所述軸方向的機(jī)械坐標(biāo)的合計(jì)的數(shù)值的大小，使所述合計(jì) 的數(shù)值最大的部分的所述亮度較高，從所述合計(jì)的所述數(shù)值最大的部分起，隨 著數(shù)值變小而逐漸降低所述亮度。
全文摘要
一種面形狀的圖像顯示方法，通過探測器對(duì)工件的被測量面進(jìn)行在機(jī)測量，根據(jù)工件的所測得的形狀數(shù)據(jù)在畫面上顯示所述被測量面的面形狀，該方法具有以下步驟為了取得所述被測量面的連續(xù)形狀數(shù)據(jù)，使所述探測器在所述被測量面上相對(duì)移動(dòng)，同時(shí)通過所述探測器測量所述被測量面上的多個(gè)測量位置；以及根據(jù)通過測量而取得的所述連續(xù)形狀數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)地顯示所述被測量面的面形狀。
文檔編號(hào)G01B21/20GK101279431SQ20081009079
公開日2008年10月8日 申請日期2008年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月3日
發(fā)明者山本明, 河合知彥, 洪榮杓, 蛯原建三 申請人:發(fā)那科株式會(huì)社