CN111102956B - 形状测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种形状测量装置。形状测量装置包括：保持单元，其保持形状被要测量的测量对象；第一测量单元，其测量所述测量对象的第一表面上的多个测量点相对于规定点的相对坐标；第二测量单元，其独立于所述第一测量单元进行操作，并且测量所述测量对象的作为所述第一表面的反面的第二表面上的多个测量点相对于所述规定点的相对坐标；以及计算单元，其基于由所述第一测量单元和所述第二测量单元所测量出的结果来计算所述测量对象的形状。

Description

形状测量装置
技术领域
本发明涉及用于测量测量对象的形状的形状测量装置。
背景技术
以往，已知用于测量测量对象的形状的形状测量装置。日本特开2003-22834公开了用于测量燃料电池所用的隔离体的形状的形状测量方法，并且目的在于尽可能地抑制薄的隔离体在测量时因外力而变形。
此外，日本特开2003-22834中公开的方法公开了这样的方法：两个非接触位移传感器被设置为以隔离体置于其间的方式而面向彼此，到隔离体的前表面和后表面的距离由设置在相应表面侧的传感器来测量，并且通过从传感器之间的距离减去由这两个传感器获得的距离来获得隔离体的厚度。
另外，为了测量测量对象的厚度，可以想到使用诸如卡尺或千分尺等的测量工具。
然而，在日本特开2003-22834中公开的方法的情况下，存在以下问题：当传感器没有准确地面向彼此时不能获得精确的厚度，并且需要使相对的传感器同步以测量厚度。
另外，在基于日本特开2003-22834中描述的方法使用激光进行测量的结构的情况下，存在以下问题：当测量对象包括通孔时，一个传感器接收来自与其相对的另一传感器的激光，因此无法进行测量。
此外，在使用诸如卡尺和千分尺等的测量工具的情况下，存在以下问题：尽管在测量对象的表面形状简单的情况下能够准确地进行测量，但难以对诸如隔离体等具有复杂表面形状的测量对象进行细微的测量。
发明内容
本发明的一个实施例提供能够以高精度测量具有复杂表面形状的测量对象的形状的形状测量装置。
本发明的一个实施例是形状测量装置，包括：保持单元，其保持形状要被测量的测量对象；第一测量单元，其测量所述测量对象的第一表面上的多个测量点相对于规定点的相对坐标；第二测量单元，其独立于所述第一测量单元进行操作，并且测量所述测量对象的作为所述第一表面的反面的第二表面上的多个测量点相对于所述规定点的相对坐标；以及计算单元，其基于由所述第一测量单元和所述第二测量单元所测量出的结果来计算所述测量对象的形状。
根据以下参考附图对典型实施例的描述，本发明的其它特征将变得明显。
附图说明
图1是示出根据本发明第一实施例的形状测量装置的框图。
图2是示出根据本发明第一示例的形状测量装置100的结构的示意性正面图。
图3是示出由图2所示的形状测量装置100进行的测量处理的流程图。
图4是示出用于获得隔离体105的厚度的处理示例的流程图。
图5是用于说明图4的处理的图。
图6是示出根据本发明第二示例的形状测量装置200的结构的示意性正面图。
具体实施例
在下文中，将参考附图详细描述根据本发明的形状测量装置。此外，在以下附图中，为了使各个结构容易理解，结构的形状、比例和数量等可以与实际的结构不同。
(第一实施例)
(形状测量装置1的结构)
图1是示出根据本发明第一实施例的形状测量装置的框图。本实施例的形状测量装置1包括：保持单元11，其保持形状要被测量的测量对象10；第一测量单元12，其测量测量对象10的第一表面上的多个测量点的相对于规定点的相对坐标；第二测量单元13，其与第一测量单元12独立地操作，并且测量测量对象10的作为第一表面的反面的第二表面上的多个测量点的相对于规定点的相对坐标；以及计算单元14，其基于由第一测量单元12和第二测量单元13所测量的结果来计算测量对象10的形状。
尽管在本实施例中测量对象10是隔离体，但是在本发明中，可以使用除了隔离体之外的任何物体作为测量对象10。隔离体是用于电池中的组件，并且通过阻挡正极和负极之间的接触而起到防止短路(故障)的作用。
该隔离体用于例如广泛用于电动车辆(EV)、混合动力车辆(HV)、移动电话、平板电脑(计算机)和智能电话等的电池的锂离子二次电池中，并且起到在正极和负极之间传输锂离子的作用。另外，隔离体用于例如燃料电池车辆(FCV)或能量农场中采用的燃料电池中，并起到阻挡燃料气体和空气的作用。这种隔离体的表面形状逐年变得更加复杂，并且为了进一步实现重量减轻而正在进行厚度的减小。
在隔离体的生产过程中，需要确认所生产的隔离体的表面形状为规定的形状。根据本实施例的形状测量装置1，可以以高精度测量隔离体的表面形状。
保持单元11保持测量对象10。例如，保持单元11被固定到地面，并且固定和保持测量对象10。在保持单元11保持作为测量对象10的薄的隔离体的情况下，为了防止隔离体由于其自身重量而弯曲，期望以隔离体的表面展开方向与垂直方向平行的方式设置并保持隔离体。
期望将第一测量单元12和第二测量单元13设置在与作为测量对象10的隔离体的表面展开方向正交的方向上。将由保持单元11保持的测量对象10设置在第一测量单元12和第二测量单元13之间。
第一测量单元12和第二测量单元13例如基于照射的激光从测量对象10的反射，来测量测量对象10的表面上的多个测量点相对于指定点的相对坐标。可以应用任何已知的测量装置作为第一测量单元12和第二测量单元13，并且可以应用使用激光的测量装置，以及可以应用使用除了激光以外的事物的测量装置。第一测量单元12和第二测量单元13可以利用扫描线扫描测量对象10的表面，或者可以利用扫描区域扫描测量对象10的表面。第一测量单元12和第二测量单元13例如各自由探测器和计算机配置成。
计算单元14例如使用由第一测量单元12测量的相对坐标和由第二测量单元13测量的相对坐标来计算测量对象10的形状。计算单元14例如由计算机配置成。
(示例1)
(形状测量装置100的结构)
图2是示出根据本发明第一示例的形状测量装置100的结构的示意性正面图。形状测量装置100被配置为具有作为测量对象的隔离体105、保持隔离体105的保持夹具106、以非接触方式测量隔离体105的探测器103、控制探测器103的控制装置101、以非接触方式测量隔离体105的探测器104、控制探测器104的控制装置102、以及使保持夹具106在隔离体105的生产线上移动的移动装置107。
隔离体105是用于燃料电池的隔离体，并且被设置为使得隔离体105的测量对象表面中的第一表面面向探测器103，并且隔离体105的测量对象表面中的第二表面面向探测器104。第二表面是第一表面的反面。由于隔离体105在第一表面和第二表面之间具有小的距离并且容易变形，因此保持夹具106作为框架保持隔离体105的第一表面和第二表面以防止变形。另外，隔离体105的第一表面和第二表面展开的方向与垂直方向平行。因此，可以防止隔离体105由于其自身重量而弯曲。
保持夹具106被固定到移动装置107。移动装置107可以在隔离体105的生产线上移动。通过移动移动装置107以将隔离体105定位在探测器103和探测器104之间，可以作为隔离体105的生产线的一部分而测量隔离体105的形状。
探测器103是用于例如使用激光以非接触方式获取测量对象的形状的数据(例如，相对坐标)的传感器，并且是二维传感器或三维传感器。控制装置101进行探测器103的控制，即探测器103的驱动控制和探测器103所获取的数据的管理。探测器104是用于例如使用激光以非接触方式获取测量对象的形状的非接触数据(例如，相对坐标)的传感器，并且是二维传感器或三维传感器。控制装置102进行探测器104的控制，即，对探测器104的驱动控制和探测器104所获取的数据的管理。
在本示例中，提供了探测器103和探测器104，通过探测器103测量隔离体105的第一表面的形状，并且通过探测器104测量隔离体105的第二表面的形状。将由探测器103测量的隔离体105的第一表面的形状的数据和由探测器104测量的隔离体105的第二表面的形状的数据发送到计算机(计算单元)(未示出)，并且计算机可以对第一表面的形状的数据和第二表面的形状的数据进行合成，以计算隔离体105的厚度。任何已知的方法都可以用于该计算方法。另外，控制装置101或控制装置102也可以用作计算机(计算单元)。
(形状测量装置100的处理)
图3是示出由图2所示的形状测量装置100进行的测量处理的流程图。当使用形状测量装置100中所包括的探测器103或探测器104时，无法测量厚度的绝对值。由于这个原因，为了测量厚度，需要诸如基准平面等的基准装置。在图3的步骤S301中，将基准平板安装在形状测量装置100中作为基准装置。对于基准平板，可以使用具有已知厚度和形状的陶瓷平板。通过设置基准平板代替图2中的隔离体105来安装基准平板。
在步骤S302中，形状测量装置100使用探测器103和探测器104来测量作为基准装置的基准平板。该基准装置用作鉴定用基准装置。可以仅在安装探测器103和探测器104时进行一次步骤S302中的基准平板的测量。可以通过在步骤S302中测量基准平板来指定传感器安装位置，即探测器103和探测器104的基准位置。此外，可以通过在步骤S302中测量基准平板来获取用于厚度比较的基准数据。
在步骤S303中，将隔离体105作为测量对象安装在形状测量装置100中。通过代替步骤S301中安装的基准平板设置隔离体105来安装隔离体105。
在步骤S304中，形状测量装置100使用探测器103和探测器104测量隔离体105。此时，形状测量装置100可以通过并行地进行使用探测器103的测量和使用探测器104的测量来缩短测量时间。此外，为了防止探测器103和探测器104测量隔离体105的相同位置并且由一个探测器辐射的激光入射到另一个探测器上而导致无法测量的状态，形状测量装置100异步地控制探测器103和探测器104。
在步骤S305中，形状测量装置100分析由探测器103和探测器104测量的数据。在分析中，形状测量装置100首先对由探测器103测量的数据和由探测器104测量的数据进行合成，并使用合成数据来计算隔离体105的厚度(相对于基准装置的比较测量)和隔离体105的表面形状(相对于基准装置的几何公差等)。
图4是示出用于获得隔离体105的厚度的处理示例的流程图。图5是用于说明图4的处理的图。
首先，在步骤S401中，形状测量装置100使用由探测器103测量的数据，以使用最小二乘法或最小面积法等从前表面(第一表面)上的一组点获得平面的方程(参见图5)。
接着，在步骤S402中，形状测量装置100使用由探测器104测量的数据从后表面(第二表面)上的一组点获得重心(参见图5)。
接着，在步骤S403中，形状测量装置100根据在步骤S401中获得的平面的方程式和在步骤S402中获得的重心来获得平面的厚度(参见图5)。
此外，在存在多个用于计算厚度的点的情况下，形状测量装置100可以制作厚度图。另外，形状测量装置100可以通过根据厚度改变颜色来以容易看到的方式显示厚度。
(示例2)
(形状测量装置200的结构)
图6是示出根据本发明第二示例的形状测量装置200的结构的示意性正视图。形状测量装置200被配置为具有作为测量对象的隔离体205、保持隔离体205的保持夹具206、以非接触方式测量隔离体205的探测器203、控制探测器203的控制装置201、以及将保持夹具206固定为能够绕垂直方向旋转的旋转台207。隔离体205、保持夹具206、探测器203和控制装置201与图2所示的隔离体105、保持夹具106、探测器103和控制装置101相同。在本示例中，通过旋转台207使保持夹具206旋转来调节隔离体205的朝向，使得探测器203和控制装置201还用作图2所示的探测器104和控制装置102的替代物。
本示例被配置为包括一个探测器203。旋转台207使用于保持隔离体205的保持夹具206旋转，并在隔离体205的测量表面面向探测器203的位置处停止旋转。
首先，旋转台207使保持夹具206旋转，并且在隔离体205的第一表面面向探测器203的位置处停止旋转。在该状态下，形状测量装置200使用探测器203测量隔离体205的第一表面。然后，旋转台207使保持夹具206旋转180度，并且在隔离体205的第二表面面向探测器203的位置处停止旋转。在这种状态下，形状测量装置200使用探测器203测量隔离体205的第二表面。参考图3和4描述的处理也适用于本示例。
根据本示例，由于仅需要一个探测器，因此与第一示例相比，可以降低成本，并且可以减小装置的安装面积。
(其它实施例)
此外，应当理解本发明不限定于上述示例，并且包括各种变形。例如，为了易于理解本发明，已经详细描述了上述示例，并且本发明不必限于具有所有所述结构的示例。另外，一个示例的结构的一部分可以用另一示例的结构来代替，并且可以向一个示例的结构添加另一示例的结构。此外，可以对各个示例的结构的一部分进行其它结构的添加、省略和替代。
(实施例的概要)
本发明的一个实施例是形状测量装置，包括：保持单元，其保持形状要被测量的测量对象；第一测量单元，其测量测量对象的第一表面上的多个测量点相对于规定点的相对坐标；第二测量单元，其独立于第一测量单元进行操作，并且测量测量对象的作为第一表面的反面的第二表面上的多个测量点相对于规定点的相对坐标；以及计算单元，其基于由第一测量单元和第二测量单元测量测量出的结果来计算测量对象的形状。
根据本实施例，可以提供能够以高精度测量具有复杂表面形状的测量对象的形状的形状测量装置。
根据本实施例，不需要使第一测量单元和第二测量单元以测量对象置于其间的方式而面向彼此，并且测量可以独立地进行并且可以以高精度进行。
此外，根据本实施例，由于第一测量单元和第二测量单元独立地测量，因此不需要同步控制。
另外，根据本实施例，即使在测量对象中存在通孔，一个传感器也可以避免与其相对的另一传感器的影响，并且可以没有任何问题地进行测量。
此外，根据本实施例，通过测量多个测量点的坐标，即使测量对象的表面形状是复杂形状，也可以进行细微的测量。
此外，本发明的一个实施例的特征在于，第一测量单元和第二测量单元包括在不接触测量对象的情况下测量多个测量点的非接触传感器。
根据本实施例，通过以非接触方式进行测量，可以避免由于接触而导致的测量对象的变形，并且可以进行精度更高的测量。
此外，本发明的一个实施例的特征在于，第一测量单元和第二测量单元具有扫描测量对象的表面的二维传感器。
根据本实施例，二维传感器可以高速且高精度地测量测量对象表面上的多个测量点。
此外，本发明的一个实施例的特征在于，第一测量单元是使用面向测量对象的第一表面的第一传感器进行测量的测量单元，第二测量单元是使用面向测量对象的第二表面的第二传感器进行测量的测量单元，并且保持单元在测量时间段期间固定和保持测量对象。
根据本实施例，由于测量对象在测量时间段期间被固定和保持，因此可以进行精度更高的测量。
此外，本发明的一个实施例的特征在于，第一测量单元和第二测量单元是使用同一传感器进行测量的测量单元，并且保持单元可以使测量对象的面向传感器的表面在第一表面和第二表面之间切换。
根据本实施例，由于仅需要一个传感器，因此可以降低成本。

Claims (5)

1.一种形状测量装置，包括：
保持单元，其保持形状要被测量的测量对象；
测量单元，其测量所述测量对象的第一表面上的多个测量点相对于规定点的相对坐标，并且测量所述测量对象的作为所述第一表面的反面的第二表面上的多个测量点相对于所述规定点的相对坐标；
计算单元，其基于由所述测量单元所测量出的结果来计算所述测量对象的形状；以及
旋转台，其用于使所述保持单元旋转，使得面向所述测量单元的测量对象表面在所述第一表面和所述第二表面之间切换，
其中，在面向所述测量单元的测量对象表面为所述第一表面时，所述测量单元测量所述第一表面上的多个测量点相对于所述规定点的相对坐标，在面向所述测量单元的测量对象表面为所述第二表面时，所述测量单元测量所述第二表面上的多个测量点相对于所述规定点的相对坐标，
所述形状测量装置还包括用于使所述保持单元在所述测量对象的生产线上移动的移动装置，所述保持单元被固定到所述移动装置，通过移动所述移动装置以将所述保持单元所保持的所述测量对象移动到规定位置来利用所述测量单元对所述测量对象进行测量。
2.根据权利要求1所述的形状测量装置，其中，所述测量单元包括非接触传感器，所述非接触传感器用于在不接触所述测量对象的情况下测量所述多个测量点。
3.根据权利要求1所述的形状测量装置，其中，所述测量单元具有扫描所述测量对象的表面的二维传感器。
4.根据权利要求1所述的形状测量装置，
其中，所述测量单元是使用面向所述测量对象的所述第一表面和所述第二表面的传感器进行测量的测量单元，
所述保持单元在测量时间段期间固定并保持所述测量对象。
5.根据权利要求1所述的形状测量装置，
所述计算单元使用由所述测量单元测量的所述第一表面的数据从所述第一表面上的一组点获得平面的方程，使用由所述测量单元测量的所述第二表面的数据从所述第二表面上的一组点获得重心，并根据所述平面的方程和所述重心来获得所述测量对象的厚度。
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