JP2000193429A - Shape measuring device - Google Patents

Shape measuring device

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JP2000193429A
JP2000193429A JP10370107A JP37010798A JP2000193429A JP 2000193429 A JP2000193429 A JP 2000193429A JP 10370107 A JP10370107 A JP 10370107A JP 37010798 A JP37010798 A JP 37010798A JP 2000193429 A JP2000193429 A JP 2000193429A
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JP
Japan
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distance
light receiving
angle
measured
measurement
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Application number
JP10370107A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Isao Ozawa
功 小澤
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Publication of JP2000193429A publication Critical patent/JP2000193429A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a shape measuring device wherein even an object with a complex shape can be measured stably with high precision. SOLUTION: In a range finder sensor 10 wherein an angle to a surface 1a to be measured can be adjusted, two pairs of condenser lenses 12a and 12b and line CCD cameras 13a and 13b are provided at right and left positions symmetrically each other related to the laser beam projection direction of the laser light source 11, and the received light intensity in the two CCD cameras 13a and 13b is compared with each other, for controlling the tilt of the range finder sensor 10 so that they agree each other.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ光の反射を
利用した三角測量方式により被測定物の表面形状を測定
する形状測定装置に関し、特に、被測定面に対する傾斜
角を常に最適化しうる角度補正機能付きの測距センサを
具備するものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a shape measuring apparatus for measuring the surface shape of an object to be measured by a triangulation method utilizing reflection of a laser beam, and more particularly, to an angle capable of always optimizing a tilt angle with respect to a surface to be measured. The present invention relates to an apparatus having a distance measuring sensor with a correction function.

【0002】[0002]

【従来の技術】自動車の生産工程等で用いられる形状測
定装置として、ワーク(被測定物)の表面形状をX,
Y,Zの三次元の座標値として測定する三次元測定機が
ある。かかる三次元測定機として、近年、レーザ光の反
射を利用して表面形状を測定する非接触式の三次元測定
機が開発されている(例えば、特開平5−164525
号公報、特開平8−43046号公報参照)。
2. Description of the Related Art As a shape measuring device used in an automobile production process or the like, the surface shape of a work (object to be measured) is represented by X, X,.
There is a three-dimensional measuring machine for measuring as three-dimensional coordinate values of Y and Z. As such a three-dimensional measuring device, a non-contact type three-dimensional measuring device for measuring a surface shape by using reflection of a laser beam has been developed in recent years (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-164525).
JP-A-8-43046).

【0003】この装置では、X,Y,Zの三軸方向に移
動可能な測定ヘッドの先端に、レーザ光源とアレイ型の
受光素子とを備えた測距センサを取り付け、この測距セ
ンサを被測定面に沿って点から点へ順次移動(走査)さ
せつつ、被測定面にレーザ光を照射して反射されたレー
ザ光を受光素子で受光し、受光素子アレイ上の反射光が
受光される位置の変化から三角測量方式に基づいて測距
センサと各測定点との距離を算出し、この距離の値をX
YZ直交座標系における各測定点の座標値に変換するこ
とによって、被測定面の形状を求めるようにしている。
In this apparatus, a distance measuring sensor having a laser light source and an array type light receiving element is attached to the tip of a measuring head movable in three axes of X, Y and Z, and this distance measuring sensor is covered. While sequentially moving (scanning) from point to point along the measurement surface, the surface to be measured is irradiated with laser light and the reflected laser light is received by the light receiving element, and the reflected light on the light receiving element array is received. The distance between the distance measurement sensor and each measurement point is calculated based on the triangulation method from the change in the position, and the value of this distance is expressed as X
The shape of the surface to be measured is obtained by converting the coordinates into the coordinate values of each measurement point in the YZ orthogonal coordinate system.

【0004】その際、通常は、測距センサをレーザ光源
と一組の集光レンズおよびラインCCDカメラ(以下単
に「CCDカメラ」という)とで構成するとともに、C
CDカメラの受光位置の変化ΔRと被測定面との間の変
位ΔLとの関係をあらかじめキャリブレーションにより
作成しておき、この関係ΔL=f(ΔR)により、測距
センサと各測定点との距離を算出するようにしている。
In such a case, the distance measuring sensor is usually composed of a laser light source, a set of condenser lens and a line CCD camera (hereinafter simply referred to as "CCD camera").
The relationship between the change ΔR in the light receiving position of the CD camera and the displacement ΔL between the measured surface and the displacement ΔL is created in advance by calibration, and the relationship ΔL = f (ΔR) is used to determine the relationship between the distance measuring sensor and each measurement point. The distance is calculated.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このような三次元測定
機において、正確な測定を行うためには、レーザ光ビー
ムを被測定面に対してできるだけ垂直に近く照射する必
要がある。なぜなら、集光レンズはレーザ光の乱反射成
分を集光してCCDカメラに受光させるが、反射光の強
度はいわゆる正反射(反射の法則に従う反射)の方向が
最も大きいため、レーザ光出射方向と被測定面との成す
角が直角、つまり90度から離れるにつれて集光レンズ
で集光される光量が減少しCCDカメラによる乱反射成
分の受光が困難になるからである。しかしながら、従来
の三次元計測機にあっては、レーザ光ビームを常に被測
定面に対して直角に当てるための機構、すなわち、傾斜
の角度を検出してその角度を補正する機構を有しないた
め、特に被測定面の向きが複雑に変化する複雑な形状を
持ったワーク(被測定物)の場合には、常に安定した受
光を確保することが難しく、正確な測定を安定して行う
ことができないという問題点があった。
In such a coordinate measuring machine, in order to perform accurate measurement, it is necessary to irradiate a laser light beam as perpendicular to the surface to be measured as possible. This is because the condensing lens collects the irregular reflection component of the laser beam and causes the CCD camera to receive the component. However, the intensity of the reflected light is the largest in the direction of so-called specular reflection (reflection in accordance with the law of reflection). This is because the amount of light condensed by the condensing lens decreases as the angle formed by the converging lens and the angle to the surface to be measured deviates from a right angle, that is, 90 degrees, and it becomes difficult for the CCD camera to receive diffusely reflected components. However, conventional three-dimensional measuring machines do not have a mechanism for always applying a laser beam at right angles to the surface to be measured, that is, a mechanism for detecting the angle of inclination and correcting the angle. In particular, in the case of a workpiece (measurement object) having a complicated shape in which the direction of the surface to be measured changes in a complicated manner, it is difficult to always ensure stable light reception, and accurate measurement can be stably performed. There was a problem that it was not possible.

【0006】本発明は、上記した従来技術の問題点に着
目してなされたものであり、複雑な形状を持つ被測定物
であっても安定して高精度な測定を行うことができる形
状測定装置を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the prior art, and is a shape measuring apparatus capable of stably and accurately measuring an object to be measured having a complicated shape. It is intended to provide a device.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は、下
記の手段によって達成される。 (1)本発明に係る形状測定装置は、レーザ光の反射を
利用した三角測量方式により被測定物の表面形状を測定
する形状測定装置において、レーザ光源と、該レーザ光
源のレーザ光出射方向に関して互いに対称な左右の位置
に配置された二つのアレイ型の受光素子とを備えた測距
センサと、被測定面に対する前記測距センサの傾斜角を
相対的に可変する回転機構と、前記二つの受光素子の受
光強度を比較して、それらが一致するように前記回転機
構を制御する制御手段とを有することを特徴とする。 (2)前記受光素子は、一次元CCDイメージセンサで
ある。 (3)前記制御手段は、あらかじめ作成された前記二つ
の受光素子の受光強度の差と被測定面に対する前記測距
センサの傾斜角の補正量との関係を示す角度補正テーブ
ルを記憶しており、前記二つの受光素子の受光強度を比
較して両者の差を求め、得られた受光強度差と前記角度
補正テーブルとに基づいてレーザ光出射方向と被測定面
との成す角を直角にするために必要な補正量を求め、前
記回転機構に出力する。 (4)このとき、前記制御手段は、得られた補正量の絶
対値が所定値以上のときに当該補正量を前記回転機構に
出力する。 (5)前記測距センサを被測定面の形状に倣って上下方
向および左右方向に所定の測定ピッチで相対的に移動さ
せる移動機構を有し、前記制御手段は、前記測距センサ
内の前記受光素子上の受光位置の変化から三角測量方式
に基づいて前記測距センサと各測定点との距離を算出
し、得られた距離の値を所定の基準値と比較して両者の
差を求め、得られた距離の差がなくなるような補正位置
を算出し、前記移動機構に出力する。 (6)このとき、前記制御手段は、得られた距離差の絶
対値が所定値以上のときに前記補正位置を前記移動機構
に出力する。
The above object of the present invention is achieved by the following means. (1) A shape measuring apparatus according to the present invention is a shape measuring apparatus for measuring a surface shape of an object to be measured by a triangulation method utilizing reflection of a laser beam, wherein a laser light source and a laser light emitting direction of the laser light source are provided. A distance measuring sensor including two array-type light receiving elements arranged at symmetrical left and right positions, a rotation mechanism that relatively varies an inclination angle of the distance measuring sensor with respect to a measured surface, and the two Control means for comparing the light receiving intensities of the light receiving elements and controlling the rotation mechanism so that the light receiving intensities coincide with each other. (2) The light receiving element is a one-dimensional CCD image sensor. (3) The control means stores an angle correction table, which is prepared in advance, and indicates a relationship between a difference between light receiving intensities of the two light receiving elements and a correction amount of an inclination angle of the distance measuring sensor with respect to a surface to be measured. The light receiving intensity of the two light receiving elements is compared to obtain a difference between the two, and the angle between the laser light emitting direction and the surface to be measured is made a right angle based on the obtained light receiving intensity difference and the angle correction table. The amount of correction required for this is obtained and output to the rotation mechanism. (4) At this time, when the absolute value of the obtained correction amount is equal to or more than a predetermined value, the control unit outputs the correction amount to the rotating mechanism. (5) a moving mechanism for relatively moving the distance measuring sensor in a vertical direction and a horizontal direction at a predetermined measuring pitch in accordance with the shape of the surface to be measured, and the control means includes: The distance between the distance measuring sensor and each measuring point is calculated based on a triangulation method from the change in the light receiving position on the light receiving element, and the obtained distance value is compared with a predetermined reference value to determine the difference between the two. , And calculates a correction position that eliminates the difference between the obtained distances and outputs the corrected position to the moving mechanism. (6) At this time, the control means outputs the correction position to the moving mechanism when the obtained absolute value of the distance difference is equal to or greater than a predetermined value.

【0008】[0008]

【発明の効果】本発明によれば、請求項ごとに以下のよ
うな効果を奏する。
According to the present invention, the following effects can be obtained for each claim.

【0009】請求項1〜3記載の発明によれば、測距セ
ンサ内の左右対称位置に配置された二つの受光素子の受
光強度が一致するように、換言すれば、レーザ光出射方
向と被測定面との成す角が直角になるように被測定面に
対する測距センサの傾き角度の制御を行うので、被測定
面の向きに合わせて常に安定した受光が可能となり、複
雑な形状を持つ被測定物であっても安定して高精度な測
定を行うことができるようになる。
According to the first to third aspects of the present invention, the light receiving intensities of the two light receiving elements disposed at symmetric positions in the distance measuring sensor are matched, in other words, the laser light emitting direction and the light receiving direction are adjusted. Since the tilt angle of the distance measurement sensor with respect to the measured surface is controlled so that the angle formed with the measured surface is a right angle, stable light reception can always be performed in accordance with the direction of the measured surface, and a complex shaped object can be obtained. Even with a measured object, it is possible to stably perform high-precision measurement.

【0010】請求項4記載の発明によれば、各測定点ご
とに毎回角度補正を行うのではなく補正量が大きい場合
にだけ角度補正を行うので、毎回補正を行う場合と比べ
て動きが速くなり、測定精度を犠牲にすることなく1ラ
イン(1走査)当たりの測定時間を短縮することができ
る。
According to the fourth aspect of the present invention, the angle correction is performed only when the correction amount is large, instead of performing the angle correction every measurement point, so that the motion is faster than in the case where the correction is performed every time. That is, the measurement time per line (one scan) can be reduced without sacrificing the measurement accuracy.

【0011】請求項5記載の発明によれば、角度補正に
加えて測距センサと被測定面との距離が一定になるよう
に距離補正をも行うので、測距センサを常にその測定範
囲内に維持することができ、より一層安定して高精度な
測定を行うことができる。
According to the fifth aspect of the present invention, in addition to the angle correction, the distance correction is performed so that the distance between the distance measuring sensor and the surface to be measured is constant. , And more stable and accurate measurement can be performed.

【0012】請求項6記載の発明によれば、各測定点ご
とに毎回距離補正を行うのではなく基準距離との差が大
きい場合にだけ距離補正を行うので、毎回補正を行う場
合と比べてこの点からも動きが速くなり、測定精度を犠
牲にすることなく1ライン(1走査)当たりの測定時間
を短縮することができる。
According to the sixth aspect of the present invention, the distance correction is not performed every time for each measurement point, but is performed only when the difference from the reference distance is large. From this point as well, the movement becomes faster, and the measurement time per line (one scan) can be reduced without sacrificing the measurement accuracy.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0014】図1は、本発明に係る形状測定装置に用い
られる測距センサの概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a distance measuring sensor used in the shape measuring apparatus according to the present invention.

【0015】この測距センサ10は、レーザ光源(例え
ば、レーザ発光素子)11と、該レーザ光源11のレー
ザ光出射方向(ここでは、測距センサ10の底面に対し
て垂直な方向)に関して互いに対称な左右の位置に配置
された二組の集光レンズ12a,12bおよびラインC
CDカメラ13a,13bとで構成されている。このラ
インCCDカメラ(以下単に「CCDカメラ」という)
13a,13bはアレイ型の受光素子であって、例え
ば、一次元CCDイメージセンサで構成されている。一
方のCCDカメラ、例えば13aは、従来と同様、測距
用に使用されるものであり、他方のCCDカメラ、例え
ば13bは、専ら角度検出用(または角度調整用)に使
用されるものである。集光レンズ12a,12bは、前
述のように、レーザ光の乱反射成分を集光してCCDカ
メラ13a,13bに受光させるためのものである。
The distance measuring sensor 10 has a laser light source (for example, a laser light emitting element) 11 and a laser light emitting direction of the laser light source 11 (here, a direction perpendicular to the bottom surface of the distance measuring sensor 10). Two sets of condenser lenses 12a, 12b and line C arranged at symmetric left and right positions
It is composed of CD cameras 13a and 13b. This line CCD camera (hereinafter simply referred to as "CCD camera")
Reference numerals 13a and 13b denote array type light receiving elements, which are composed of, for example, one-dimensional CCD image sensors. One CCD camera, for example, 13a, is used for distance measurement as in the past, and the other CCD camera, for example, 13b, is used exclusively for angle detection (or angle adjustment). . The condensing lenses 12a and 12b are for condensing the irregular reflection components of the laser light and causing the CCD cameras 13a and 13b to receive the light as described above.

【0016】この構成において、二つのCCDカメラ1
3a,13bはレーザ光出射方向に関して完全に左右対
称位置にあるため、各CCDカメラ13a,13b上の
受光位置R1 ,R2 は常に同じ位置を示すことになる
が、受光強度(受光量)は測距センサ10がワーク1の
被測定面1aと成す角α(この角度αはレーザ光出射方
向と被測定面1aの垂線との成す角でもある。以下「傾
斜角」ともいう)に応じて非対称となる。すなわち、前
述のように反射光の強度は正反射方向Aが最も大きいと
ころ、傾斜角αが大きくなるほど各CCDカメラ13
a,13bと被測定面1aとの成す角θ1 ,θ2 の差Δ
θ(=θ1 −θ2 )が大きくなり、しかもその時各受光
方向と正反射方向Aとの成す角β1 ,β2 の間には差が
あるため、各CCDカメラ13a,13bの受光強度は
傾斜角αに応じて非対称となる。図1の例では、CCD
カメラ13aの受光方向の方がCCDカメラ13bの受
光方向よりも正反射方向Aから離れているため、CCD
カメラ13aの受光強度はCCDカメラ13bの受光強
度よりも弱くなる。このとき、左右のCCDカメラ13
a,13bの受光強度の差は、傾斜角α(あるいは被測
定面1aとの成す角の差Δθ)の大きさに応じた値とな
っている(α=0のとき受光強度差=0)。そして、傾
斜角αと前記角度差Δθ(=θ1 −θ2 )との関係につ
いては、簡単な幾何学的計算により、下記の式、 α=Δθ/2=(θ1 −θ2 )/2 が成立する。
In this configuration, two CCD cameras 1
The light receiving positions R1 and R2 on the CCD cameras 13a and 13b always indicate the same position because the light receiving positions 3a and 13b are completely symmetrical with respect to the laser beam emission direction, but the light receiving intensity (light receiving amount) is measured. It is asymmetrical according to an angle α formed by the distance sensor 10 with the measured surface 1a of the workpiece 1 (this angle α is also an angle formed between the laser light emitting direction and a perpendicular to the measured surface 1a; hereinafter, also referred to as an “inclination angle”). Becomes That is, as described above, the intensity of the reflected light is the largest in the regular reflection direction A, and the larger the inclination angle α, the more the CCD camera 13
a, 13b and the angle .theta.1, .theta.2 between the measured surface 1a and the difference .DELTA.
.theta. (= .theta.1 -.theta.2) becomes large, and at that time, there is a difference between the angles .beta.1 and .beta.2 between the respective light receiving directions and the regular reflection direction A, so that the light receiving intensity of each CCD camera 13a, 13b becomes the inclination angle .alpha. Becomes asymmetric in accordance with. In the example of FIG.
Since the light receiving direction of the camera 13a is farther from the regular reflection direction A than the light receiving direction of the CCD camera 13b, the CCD 13
The light receiving intensity of the camera 13a becomes weaker than the light receiving intensity of the CCD camera 13b. At this time, the left and right CCD cameras 13
The difference between the received light intensities a and 13b is a value corresponding to the magnitude of the inclination angle α (or the difference Δθ between the angle formed with the surface to be measured 1a) (when α = 0, the received light intensity difference = 0). . As for the relationship between the inclination angle α and the angle difference Δθ (= θ1−θ2), the following equation, α = Δθ / 2 = (θ1−θ2) / 2, is established by a simple geometric calculation. .

【0017】本発明では、この点に着目して、測距セン
サ10を回転機構に取り付け、常に左右のCCDカメラ
13a,13bの受光強度が同じになるように、つま
り、左右の受光強度差がゼロになるように測距センサ1
0の傾きを制御することで、傾斜角αの値をゼロにし、
もってレーザ光が常にワーク1の被測定面1aに対して
直角に照射されるようにしている。
In the present invention, focusing on this point, the distance measuring sensor 10 is attached to the rotating mechanism so that the left and right CCD cameras 13a and 13b always have the same light receiving intensity, that is, the difference between the left and right light receiving intensity is reduced. Distance measuring sensor 1 so that it becomes zero
By controlling the inclination of 0, the value of the inclination angle α is made zero,
Thus, the laser beam is always irradiated on the measured surface 1a of the work 1 at right angles.

【0018】図2は、本発明の一実施の形態に係る形状
測定装置の全体構成図である。
FIG. 2 is an overall configuration diagram of a shape measuring apparatus according to one embodiment of the present invention.

【0019】この形状測定装置は、上下軸と左右軸を有
する移動機構20aにより上下方向および左右方向に移
動可能な測定ヘッド30を有し、この測定ヘッド30に
は角度調整用の回転機構20bを介して上記の測距セン
サ10が取り付けられている。移動機構20aと回転機
構20bによって、測距センサ10の位置決め(回転を
含む)を行うロボットなどの位置決め装置20(図4参
照)が構成されている。測距センサ10は、移動機構2
0aによってワーク1の表面形状に倣って上下方向およ
び左右方向に移動されながら所定の測定ピッチで図中の
方向S(走査方向)に走査され、回転機構20bによっ
て被測定面1aに対する角度調整が行われる。なお、同
図には、参考のため、B,C,E,Fの四つの測定点に
おける測距センサ10の位置と傾きを例示してある。
This shape measuring apparatus has a measuring head 30 which can be moved vertically and horizontally by a moving mechanism 20a having a vertical axis and a horizontal axis. The measuring head 30 has a rotating mechanism 20b for angle adjustment. The distance measuring sensor 10 described above is attached via the above. The movement mechanism 20a and the rotation mechanism 20b constitute a positioning device 20 (see FIG. 4) such as a robot for positioning (including rotation) the distance measurement sensor 10. The distance measuring sensor 10 includes the moving mechanism 2
While moving in the vertical and horizontal directions according to the surface shape of the work 1 by means of 0a, the workpiece 1 is scanned at a predetermined measurement pitch in the direction S (scanning direction) in the figure, and the rotation mechanism 20b adjusts the angle with respect to the surface 1a to be measured. Will be Note that FIG. 3 illustrates the position and inclination of the distance measurement sensor 10 at four measurement points B, C, E, and F for reference.

【0020】図3は、図2の形状測定装置の制御系の構
成図である。ここでは、測距センサ10の位置と傾きと
して、図2中の測定点Cにおける場合を例示している。
FIG. 3 is a block diagram of a control system of the shape measuring apparatus of FIG. Here, the position and the inclination of the distance measurement sensor 10 are illustrated at the measurement point C in FIG.

【0021】測距センサ10には二つのカメラコントロ
ーラ40a,40bが接続されている。一方のカメラコ
ントローラ40aは、測距用CCDカメラ13aを制御
するためのものであり、他方のカメラコントローラ40
bは、角度調整用CCDカメラ13bを制御するための
ものである。これら二つのカメラコントローラ40a,
40bはそれぞれ制御用コンピュータ50に接続されて
いる。各CCDカメラ13a,13bで受光された反射
光の受光位置と受光強度を示すデータ信号は、対応する
カメラコントローラ40a,40bを介して制御用コン
ピュータ50に入力される。なお、前述したように、左
右のCCDカメラ13a,13bで、その受光位置は同
じであるが、出力電圧Vで示される受光強度V1 ,V2
は被測定面1aとの傾斜角αに応じて差異がある(同図
参照)。
The distance measuring sensor 10 is connected to two camera controllers 40a and 40b. One camera controller 40a is for controlling the distance measuring CCD camera 13a, and the other camera controller 40a is
b is for controlling the CCD camera 13b for angle adjustment. These two camera controllers 40a,
40b are each connected to the control computer 50. Data signals indicating the light receiving position and the light receiving intensity of the reflected light received by each of the CCD cameras 13a and 13b are input to the control computer 50 via the corresponding camera controllers 40a and 40b. As described above, the light receiving positions of the left and right CCD cameras 13a and 13b are the same, but the light receiving intensities V1 and V2 indicated by the output voltage V are provided.
Is different depending on the inclination angle α with respect to the surface to be measured 1a (see the figure).

【0022】また、この制御用コンピュータ50には、
上記した位置決め装置20(移動機構20aと回転機構
20bからなる)の駆動を制御する三つのドライバ60
a,60b,60cが接続されている。ドライバ60a
は、移動機構20aの上下軸の駆動制御を行うための上
下軸ドライバであり、ドライバ60bは、移動機構20
aの左右軸の駆動制御を行うための左右軸ドライバであ
り、ドライバ60cは、回転機構20bの角度調整軸の
駆動制御を行うための角度調整軸ドライバである。
The control computer 50 includes:
Three drivers 60 for controlling the driving of the above-described positioning device 20 (which comprises a moving mechanism 20a and a rotating mechanism 20b)
a, 60b and 60c are connected. Driver 60a
Is a vertical axis driver for performing drive control of the vertical axis of the moving mechanism 20a, and the driver 60b is
The driver 60c is a left and right axis driver for performing drive control of the left and right axes of a, and the driver 60c is an angle adjustment axis driver for performing drive control of the angle adjustment axis of the rotation mechanism 20b.

【0023】図4は、図3の制御系のより詳細な構成を
示すブロック図である。なお、図1〜図3で既に説明し
た部分については簡単に説明するにとどめる。
FIG. 4 is a block diagram showing a more detailed configuration of the control system of FIG. The portions already described with reference to FIGS. 1 to 3 will be described only briefly.

【0024】測距センサ10内には、レーザ光源11
と、その左右対称位置に測距用CCDカメラ13aおよ
び角度調整用CCDカメラ13bとが設けられている。
各CCDカメラ13a,13bからの受光信号は、対応
する各カメラコントローラ40a,40bに入力され
る。測距用のカメラコントローラ40aからは、受光位
置Rと受光強度V1 を示すデータが制御用コンピュータ
50のCPU51に入力され、角度調整用のカメラコン
トローラ40bからは、専ら受光強度V2 を示すデータ
のみが制御用コンピュータ50のCPU51に入力され
る。CPU51には、それぞれ後述する角度誤差テーブ
ル、距離テーブル、および測定点列データを記憶するフ
ァイル52,53,54が接続されている。後で詳述す
るが、CPU51は、各カメラコントローラ40a,4
0bからの受光強度データとファイル52内の角度補正
テーブルとに基づいて角度調整を行うための補正指令を
作出するとともに、カメラコントローラ40aからの受
光位置データとファイル53内の距離テーブルとに基づ
いて被測定面1aとの距離を算出し、これをもとに、距
離の補正値を作成したり、あるいはワークの表面形状を
示す三次元の座標値データを算出する。角度調整用の補
正指令や距離の補正指令は、位置決め指令の一環とし
て、あらかじめプログラムされた走査データと同様、対
応する各軸のドライバ60a〜60cに出力される。具
体的には、角度調整用の補正指令は角度調整軸ドライバ
60cに出力されて、位置決め装置20の回転機構20
bを駆動させ、また、走査距離の補正指令と通常の走査
データは上下軸ドライバ60aおよび左右軸ドライバ6
0bに出力されて、位置決め装置20の移動機構20を
駆動させる。さらに、CPU51にはペンダントと呼ば
れる手動操作盤55が接続されている。このペンダント
55を操作することによってオペレータは測定ヘッド3
0の位置決めを手動で行ったり、必要なデータを設定・
入力したり、あるいは動作プログラムを教示することが
できる。
In the distance measuring sensor 10, a laser light source 11 is provided.
A distance measuring CCD camera 13a and an angle adjusting CCD camera 13b are provided at symmetrical positions.
Light receiving signals from the CCD cameras 13a and 13b are input to the corresponding camera controllers 40a and 40b. Data indicating the light receiving position R and the light receiving intensity V1 is input from the ranging camera controller 40a to the CPU 51 of the control computer 50, and only data indicating the light receiving intensity V2 is exclusively output from the angle adjusting camera controller 40b. The data is input to the CPU 51 of the control computer 50. The CPU 51 is connected to files 52, 53, and 54 that store an angle error table, a distance table, and measurement point sequence data, which will be described later. As will be described later in detail, the CPU 51 controls each of the camera controllers 40a and 40a.
A correction command for performing the angle adjustment is created based on the received light intensity data from 0b and the angle correction table in the file 52, and based on the received light position data from the camera controller 40a and the distance table in the file 53. The distance to the surface to be measured 1a is calculated, and a correction value for the distance is created based on the distance, or three-dimensional coordinate value data indicating the surface shape of the work is calculated. The correction command for the angle adjustment and the correction command for the distance are output to the drivers 60a to 60c of the corresponding axes as part of the positioning command, similarly to the scan data programmed in advance. Specifically, the correction command for the angle adjustment is output to the angle adjustment axis driver 60c, and the rotation mechanism 20 of the positioning device 20 is rotated.
b, and a scanning distance correction command and normal scanning data are transmitted to the vertical axis driver 60a and the left and right axis driver 6a.
0b to drive the moving mechanism 20 of the positioning device 20. Further, a manual operation panel 55 called a pendant is connected to the CPU 51. By operating the pendant 55, the operator can measure the measurement head 3
Manual positioning of 0 and setting of necessary data
It can input or teach an operation program.

【0025】角度誤差テーブル52は、左右の各CCD
カメラ13a,13bと被測定面1aとの成す角θ1 ,
θ2 の差Δθ(=θ1 −θ2 )と、その時の各CCDカ
メラ13a,13bの受光強度(受光量)V1 ,V2 の
差ΔV(=V1 −V2 )との関係をあらかじめキャリブ
レーションにより求め、テーブル化したものである。前
述のように、測距センサ10の傾斜角(測距センサ10
とワーク1の被測定面1aとの成す角)αと前記角度差
Δθ(=θ1 −θ2 )との間には、α=Δθ/2という
関係式が成り立つので、前記角度差Δθを求めることに
よってその時の測距センサ10の傾斜角αを検出するこ
とができる。測定状態としては、傾斜角α=0(つまり
θ1 =θ2 )のとき、つまり、レーザ光がワーク1の被
測定面1aに対して直角に照射されるのが最も良い状態
であるから、その傾斜角αは最適な測定状態への角度の
補正量となる(以上、図5参照)。例えば、CCDカメ
ラ13の出力電圧(受光強度)を0〜5Vの範囲で表し
た場合、角度誤差テーブルは概略図6に示すようなもの
となる。なお、実際には、受光強度(出力電圧)の単位
がもっと細かい(例えば、0.01V単位)テーブルに
なっている。
The angle error table 52 includes left and right CCDs.
The angle θ1 between the cameras 13a and 13b and the surface to be measured 1a,
The relationship between the difference .DELTA..theta.2 (.theta.1 -.theta.2) and the difference .DELTA.V (= V1 -V2) between the light receiving intensities (light receiving amounts) V1 and V2 of the respective CCD cameras 13a and 13b at that time is obtained by calibration in advance, and a table is obtained. It is a thing. As described above, the inclination angle of the distance measurement sensor 10 (the distance measurement sensor 10
Since the relational expression of α = Δθ / 2 is established between the angle difference Δθ (= angle formed by the workpiece 1 and the surface 1a to be measured) and the angle difference Δθ (= θ1−θ2), the angle difference Δθ is determined. Thus, the inclination angle α of the distance measuring sensor 10 at that time can be detected. As the measurement state, when the inclination angle α = 0 (that is, θ1 = θ2), that is, when it is the best state that the laser beam is irradiated at right angles to the measurement surface 1a of the work 1, the inclination angle is The angle α is a correction amount of the angle to the optimum measurement state (see FIG. 5). For example, when the output voltage (light receiving intensity) of the CCD camera 13 is expressed in a range of 0 to 5 V, the angle error table is as shown in FIG. In practice, the unit of the received light intensity (output voltage) is a finer table (for example, 0.01 V unit).

【0026】距離テーブル53は、CCDカメラ13の
受光位置(ビット(bit)位置)Rとその時の測定距離
Lとの関係を表すデータテーブルである。これは、前述
のように、測距センサ10と各測定点との距離はCCD
カメラ13の受光位置Rの変化ΔRから三角測量方式に
基づいて算出することができるため、あらかじめCCD
カメラ13上の基準受光位置および被測定面との間の基
準距離を設定しておき、受光位置の変化ΔRと被測定面
との変位ΔLとの関係をあらかじめキャリブレーション
により一定の関係ΔL=f(ΔR)として作成したもの
である。よって、測距センサ10には一定の測定範囲が
存在することになる。例えば、2048ビットのCCD
カメラ13を搭載し測定範囲が200〜400mmである
測距センサ10を用いる場合の距離テーブルの一例を示
すと(以上、図7参照)、図8のようになる。
The distance table 53 is a data table showing the relationship between the light receiving position (bit position) R of the CCD camera 13 and the measured distance L at that time. This is because the distance between the distance measuring sensor 10 and each measurement point is, as described above, a CCD.
Since it can be calculated from the change ΔR of the light receiving position R of the camera 13 based on a triangulation method, a CCD
A reference distance between the reference light receiving position on the camera 13 and the surface to be measured is set in advance, and the relationship between the change ΔR in the light receiving position and the displacement ΔL with respect to the surface to be measured is determined in advance by a predetermined relationship ΔL = f (ΔR). Therefore, the distance measurement sensor 10 has a certain measurement range. For example, 2048 bit CCD
FIG. 8 shows an example of the distance table in the case where the distance measurement sensor 10 having the camera 13 and the measurement range of 200 to 400 mm is used (see FIG. 7).

【0027】測定点列データ54は、最終的に求められ
た三次元の座標値データの点列群データのことで、ワー
ク1の表面形状を示すものである。ワーク1の表面形状
を示す三次元座標値データは、各測定点における位置決
め装置20の各軸位置と測距センサ10の測定距離(一
次元データ)とを合成して求められる。例えば、図9に
示すような三次元上のN個の測定点1,2,…,Nの測
定点列データの一例を示すと、図10のようになる。
The measurement point sequence data 54 is point sequence group data of three-dimensional coordinate value data finally obtained, and indicates the surface shape of the work 1. The three-dimensional coordinate value data indicating the surface shape of the work 1 is obtained by synthesizing each axis position of the positioning device 20 at each measurement point and the measurement distance (one-dimensional data) of the distance measurement sensor 10. For example, FIG. 10 shows an example of measurement point sequence data of N measurement points 1, 2,..., N on three dimensions as shown in FIG.

【0028】次に、以上のように構成された形状測定装
置による三次元形状測定処理の手順の一例を図11のフ
ローチャートを用いて説明する。
Next, an example of the procedure of the three-dimensional shape measuring process by the shape measuring apparatus configured as described above will be described with reference to the flowchart of FIG.

【0029】まず、制御用コンピュータ50に接続され
ているペンダント55を操作して手動で測定ヘッド30
を測定開始位置へ移動させる(S1)。
First, the measuring head 30 is manually operated by operating the pendant 55 connected to the control computer 50.
Is moved to the measurement start position (S1).

【0030】次いで、同じくペンダント55を操作して
当該ワーク1の測定に必要なデータ、例えば、測定ピッ
チPと、水平方向の走査距離Dとをそれぞれ入力する
(S2)。
Next, the user operates the pendant 55 to input data necessary for measuring the work 1, for example, a measurement pitch P and a horizontal scanning distance D (S2).

【0031】上記の測定準備が完了すると、測距センサ
10を駆動して測定を実施する(S3)。具体的には、
レーザ光源11を駆動してレーザ光を被測定面1aに照
射させ、左右のCCDカメラ13a,13bによって反
射光の受光位置Rと受光強度V1 ,V2 を検出する。こ
こでは、左側の測距用CCDカメラ13aによって反射
光の受光位置Rと受光強度V1 が検出され、右側の角度
調整用CCDカメラ13bによって反射光の受光強度V
2 が検出される。検出されたデータは各カメラコントロ
ーラ40a,40bを介して制御用コンピュータ50の
CPU51に入力される。CPU51は、入力した左右
の受光強度データV1 ,V2 とファイル52内の角度補
正テーブル(図6参照)とに基づいて前記角度差Δθ
(=θ1 −θ2 )を求め、さらに、得られた角度差Δθ
から測距センサ10の傾斜角αを算出する(図5参
照)。また、CPU51は、入力した受光位置データR
とファイル53内の距離テーブル(図8参照)とに基づ
いて被測定面1aとの距離Lを求め、さらに、得られた
距離Lとその時の位置決め装置20の各軸位置とを合成
して三次元座標値データ、つまり測定点列データ(図1
0参照)を算出する。
When the above measurement preparation is completed, the distance measuring sensor 10 is driven to perform the measurement (S3). In particular,
The laser light source 11 is driven to irradiate the laser light onto the surface to be measured 1a, and the light receiving position R and the light receiving intensities V1, V2 of the reflected light are detected by the left and right CCD cameras 13a, 13b. Here, the light receiving position R and the light receiving intensity V1 of the reflected light are detected by the left distance measuring CCD camera 13a, and the light receiving intensity V1 of the reflected light is detected by the right angle adjusting CCD camera 13b.
2 is detected. The detected data is input to the CPU 51 of the control computer 50 via the camera controllers 40a and 40b. The CPU 51 determines the angle difference Δθ based on the input left and right received light intensity data V1, V2 and the angle correction table (see FIG. 6) in the file 52.
(= Θ1−θ2), and further, the obtained angle difference Δθ
The inclination angle α of the distance measuring sensor 10 is calculated from the above (see FIG. 5). Further, the CPU 51 determines that the input light receiving position data R
The distance L from the surface to be measured 1a is obtained based on the distance L and the distance table in the file 53 (see FIG. 8), and the obtained distance L and the respective axial positions of the positioning device 20 at that time are combined to form a tertiary Original coordinate value data, that is, measurement point sequence data (FIG. 1)
0).

【0032】ステップS3で測定が完了すると、被測定
面1aに対する測距センサ10の角度評価を行う(S
4)。すなわち、上記のように被測定面1aに対して角
度θ1=θ2 (つまり、Δθ=0)を維持しながら測定
を行うのが最適な状態であるが、各測定点ごとに一点一
点毎回角度の補正を行うようにすると動きが遅くなり1
ライン(1走査)当たりの測定時間が長くなるので、測
定精度を犠牲にしない範囲内で、θ1 とθ2 の角度差Δ
θ(=θ1 −θ2 )がある程度大きくなるまで角度補正
を行わないようにすることが好ましい。その際の判断基
準については、測定精度を犠牲にしない範囲で任意に設
定可能であるが、ここでは、例えば、傾斜角α(=Δθ
/2)が±10度以上となったときに角度補正を行うよ
うにしている。例えば、図12の例では、Gの測定状態
から測距センサ10を回転させずに次の測定点に移動さ
せるとHの状態となるが、このHの測定状態について角
度評価を行い、測距センサ10の傾斜角αが設定値(±
10度)以上であるか否かを判定する。もしこの角度評
価の結果として測距センサ10の傾斜角αが設定値(±
10度)以上であれば、左右の角度差Δθ(=θ1 −θ
2 )が大きいので、傾斜角α分だけ回転機構20bの角
度調整軸(例えば、ロボットの手首軸)を補正して、H
の状態をα=0のIの状態に直す。
When the measurement is completed in step S3, the angle of the distance measuring sensor 10 with respect to the surface to be measured 1a is evaluated (S3).
4). That is, it is optimal to perform the measurement while maintaining the angle θ1 = θ2 (that is, Δθ = 0) with respect to the measurement target surface 1a as described above. When the angle is corrected, the movement slows down.
Since the measurement time per line (one scan) becomes longer, the angle difference Δ1 between θ1 and θ2 within a range not sacrificing the measurement accuracy
It is preferable not to perform the angle correction until θ (= θ1−θ2) becomes large to some extent. The criterion at that time can be set arbitrarily within a range that does not sacrifice the measurement accuracy. Here, for example, the inclination angle α (= Δθ
When (/ 2) becomes ± 10 degrees or more, the angle is corrected. For example, in the example of FIG. 12, when the distance measurement sensor 10 is moved from the measurement state of G to the next measurement point without rotating, the state of H is obtained. The inclination angle α of the sensor 10 is equal to the set value (±
10 degrees) or more. If the inclination angle α of the distance measuring sensor 10 is equal to the set value (±
10 degrees) or more, the left-right angle difference Δθ (= θ1−θ)
2) is large, so that the angle adjusting axis of the rotation mechanism 20b (for example, the wrist axis of the robot) is corrected by the inclination angle α, and H
Is changed to the state of I where α = 0.

【0033】また、被測定面1aに対する測距センサ1
0の距離評価を行う(S5)。すなわち、上記のように
測距センサ10には測定範囲があるため、測距センサ1
0と被測定面1aとの距離Lはできるだけ一定(基準距
離)であることが望ましいが、各測定点ごとに一点一点
毎回距離の補正を行うようにすると動きが遅くなり1ラ
イン(1走査)当たりの測定時間が長くなるので、測定
精度を犠牲にしない範囲内で、測定距離Lと基準距離と
の差がある程度大きくなるまで距離補正を行わないよう
にすることが好ましい。その際の判断基準については、
測定精度を犠牲にしない範囲で任意に設定可能である
が、ここでは、例えば、測定距離Lが基準距離±10%
以上となったときに距離補正を行うようにしている。例
えば、図13の例では、Jの測定状態から測距センサ1
0を回転させずに次の測定点に平行移動させるとKの状
態となるが、このKの測定状態について距離評価(およ
び上記の角度評価)を行い、測定距離Lが基準距離に対
し所定値(±10%)以上に差異があるか否かを判定す
る。もしこの距離評価の結果として測定距離Lが基準距
離±10%以上であれば、測距センサ10と被測定面1
aとの距離Lが基準距離から離れ過ぎているので、測距
センサ10と被測定面1aとの距離Lが基準距離となる
ように移動機構20aの上下軸と左右軸を補正して距離
を近くしたりあるいは遠くしたりして、Kの状態をL3
=基準距離のMの状態に直す。なお、Kの状態は距離、
角度共に設定値を超えているため、Mの状態は距離と角
度の双方を補正したものとなっている。
The distance measuring sensor 1 for the surface to be measured 1a
A distance evaluation of 0 is performed (S5). That is, since the distance measurement sensor 10 has a measurement range as described above, the distance measurement sensor 1
It is desirable that the distance L between 0 and the surface to be measured 1a be as constant as possible (reference distance). However, if the distance is corrected for each measurement point one by one, the movement becomes slow and one line (1 Since the measurement time per scan becomes longer, it is preferable that the distance correction is not performed until the difference between the measurement distance L and the reference distance increases to some extent within a range that does not sacrifice the measurement accuracy. Regarding the criteria at that time,
Although it can be set arbitrarily without sacrificing the measurement accuracy, here, for example, the measurement distance L is equal to the reference distance ± 10%.
When this is the case, distance correction is performed. For example, in the example of FIG.
When 0 is translated and moved to the next measurement point without rotating it, the state of K is obtained. The K measurement state is subjected to distance evaluation (and the above-described angle evaluation), and the measurement distance L is a predetermined value with respect to the reference distance. It is determined whether there is a difference of (± 10%) or more. If the measured distance L is equal to or more than the reference distance ± 10% as a result of the distance evaluation, the distance measuring sensor 10 and the measured surface 1
Since the distance L to the distance a is too far from the reference distance, the vertical and horizontal axes of the moving mechanism 20a are corrected so that the distance L between the distance measuring sensor 10 and the surface to be measured 1a becomes the reference distance. Move K closer or farther and change the state of K to L3
= Change to the state of M at the reference distance. The state of K is distance,
Since both angles exceed the set value, the state of M is obtained by correcting both the distance and the angle.

【0034】なお、角度評価と距離評価の順序は、逆で
あってもよい。
The order of the angle evaluation and the distance evaluation may be reversed.

【0035】その後、ステップS4の角度評価とステッ
プS5の距離評価の結果に基づいて測距センサ10の角
度や距離の補正が必要か否かを判断する(S6)。具体
的には、上記のように、傾斜角αが設定値(±10度)
以上か否か、また、測定距離Lと基準距離との差が設定
値(±10%)以上か否かを判定する。
Thereafter, based on the results of the angle evaluation in step S4 and the distance evaluation in step S5, it is determined whether the angle or distance of the distance measuring sensor 10 needs to be corrected (S6). Specifically, as described above, the inclination angle α is equal to the set value (± 10 degrees).
Then, it is determined whether or not the difference between the measured distance L and the reference distance is equal to or greater than a set value (± 10%).

【0036】そして、補正の必要がある場合(S6:Y
ES)、すなわち、傾斜角αが設定値(±10度)以上
であるかあるいは測定距離Lと基準距離との差が設定値
(±10%)以上である場合には、再測定位置として、
傾斜角αがゼロ(つまり、レーザ光出射方向と被測定面
1aとが直角)かつ測距センサ10と被測定面1aとの
距離Lが基準距離となる軸位置を計算し、得られた軸位
置へ三つの軸(角度調整軸、上下軸、左右軸)を移動さ
せた後(S7)、ステップS3に戻り、再測定を行う。
If correction is necessary (S6: Y
ES), that is, when the inclination angle α is equal to or more than the set value (± 10 degrees) or the difference between the measured distance L and the reference distance is equal to or more than the set value (± 10%),
An axis position where the inclination angle α is zero (that is, the laser beam emission direction is perpendicular to the surface to be measured 1a) and the distance L between the distance measuring sensor 10 and the surface to be measured 1a is a reference distance is calculated, and the obtained axis is calculated. After moving the three axes (the angle adjustment axis, the vertical axis, and the horizontal axis) to the position (S7), the process returns to step S3, and the measurement is performed again.

【0037】これに対し、補正の必要がない場合(S
6:NO)、すなわち、傾斜角αが設定値(±10度)
よりも小さくて誤差の許容範囲内でありかつ測定距離L
と基準距離との差も設定値(±10%)よりも小さくて
誤差の許容範囲内である場合には、ステップS3で求め
た三次元座標値データ(測定点列データ)をファイル5
4に格納するとともに、走査ベクトルをCPU51内の
所定のメモリ領域に登録する(S8)。ここで、走査ベ
クトルとは、いわゆる倣い計測を行う際に次にどの方向
に測定ヘッド30を走らせるかを示すベクトルである。
例えば、図14を使って説明すると、測定開始位置で
は走査ベクトルv1 は水平方向を向いているが、二番目
の測定点で測定を行った時点で走査ベクトルv2 は測
定点から測定点に向かう方向に変わる。つまり、今
まで通過してきた経路から(例えば、直前の測定点から
現在の測定点に向かう方向により)、次に測定ヘッド3
0を走らせるべき方向を決める。図14には、各測定点
〜で順次測定を行う際の走査ベクトルv1 ,v2 ,
v3 ,v4 ,v5 ,v6 をそれぞれ示してある。なお、
この走査ベクトルは一点測定するごとに更新される。
On the other hand, when there is no need for correction (S
6: NO), that is, the inclination angle α is the set value (± 10 degrees)
Smaller than the tolerance of the error and the measurement distance L
If the difference between the reference distance and the reference distance is smaller than the set value (± 10%) and is within the allowable range of the error, the three-dimensional coordinate value data (measurement point sequence data) obtained in step S3 is stored in the file 5
4 and the scanning vector is registered in a predetermined memory area in the CPU 51 (S8). Here, the scanning vector is a vector indicating in which direction the measuring head 30 is to be run next when performing so-called scanning measurement.
For example, referring to FIG. 14, at the measurement start position, the scan vector v1 is oriented in the horizontal direction, but when the measurement is performed at the second measurement point, the scan vector v2 is shifted from the measurement point to the measurement point. Changes to That is, from the path that has been passed so far (for example, in the direction from the immediately preceding measurement point to the current measurement point), the measurement head 3
Decide the direction to run 0. FIG. 14 shows scan vectors v1, v2,.
v3, v4, v5, and v6 are shown, respectively. In addition,
This scan vector is updated each time one point is measured.

【0038】次いで、ステップS8で登録された走査ベ
クトルの方向へ測定ヘッド30をステップS2で入力さ
れた測定ピッチPの距離だけ移動させる(S9)。移動
後の点が次の測定点となる。
Next, the measuring head 30 is moved in the direction of the scanning vector registered in step S8 by the distance of the measuring pitch P input in step S2 (S9). The point after the movement is the next measurement point.

【0039】そして、測定開始位置からの水平方向(つ
まり、左右軸)の移動距離の累計がステップS2で入力
された走査距離D以下である場合には(S10:N
O)、ステップS3に戻って、ステップS9で移動され
た次の測定点での測定を繰り返し実行する。
If the total moving distance in the horizontal direction (that is, the horizontal axis) from the measurement start position is equal to or less than the scanning distance D input in step S2 (S10: N
O) Returning to step S3, the measurement at the next measurement point moved in step S9 is repeatedly executed.

【0040】これに対し、移動距離の累計が走査距離D
を超えている場合には(S10:YES)、予定した1
ライン分の測定を終了する。そして、必要に応じて次の
1ライン分の測定に移行する。
On the other hand, the total moving distance is the scanning distance D.
Is exceeded (S10: YES), the scheduled 1
The measurement for the line is completed. Then, the processing shifts to the measurement for the next one line as necessary.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係る形状測定装置に用いられる測距
センサの概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a distance measuring sensor used in a shape measuring device according to the present invention.

【図2】 本発明の一実施の形態に係る形状測定装置の
全体構成図である。
FIG. 2 is an overall configuration diagram of a shape measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図3】 図2の形状測定装置の制御系の構成図であ
る。
FIG. 3 is a configuration diagram of a control system of the shape measuring device of FIG. 2;

【図4】 図3の制御系のより詳細な構成を示すブロッ
ク図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a more detailed configuration of the control system of FIG. 3;

【図5】 角度誤差テーブルの説明に供する図面であ
る。
FIG. 5 is a drawing for explaining an angle error table;

【図6】 角度誤差テーブルの一例を示す図面である。FIG. 6 is a diagram illustrating an example of an angle error table.

【図7】 距離テーブルの説明に供する図面である。FIG. 7 is a drawing for explaining a distance table.

【図8】 距離テーブルの一例を示す図面である。FIG. 8 is a diagram illustrating an example of a distance table.

【図9】 測定点列データの説明に供する図面である。FIG. 9 is a drawing for explaining measurement point sequence data.

【図10】 測定点列データの一例を示す図面である。FIG. 10 is a drawing showing an example of measurement point sequence data.

【図11】 図2の形状測定装置による三次元形状測定
処理の手順の一例を示すフローチャートである。
FIG. 11 is a flowchart illustrating an example of a procedure of a three-dimensional shape measurement process performed by the shape measurement device in FIG. 2;

【図12】 図11の角度評価処理の説明に供する図面
である。
FIG. 12 is a diagram provided for describing an angle evaluation process in FIG. 11;

【図13】 図11の距離評価処理の説明に供する図面
である。
FIG. 13 is a diagram provided for explanation of a distance evaluation process in FIG. 11;

【図14】 走査ベクトルの説明に供する図面である。FIG. 14 is a diagram for explaining a scan vector.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…測距センサ、 11…レーザ光源、 12a,12b…集光レンズ、 13a,13b…CCDカメラ(受光素子、一次元CC
Dイメージセンサ)、 20…位置決め装置、 21a…移動機構、 21b…回転機構、 30…測定ヘッド、 40…カメラコントローラ、 50…制御用コンピュータ(制御手段)、 51…CPU、 52…角度誤差テーブル(角度補正テーブル)、 53…距離テーブル、 54…測定点列データ、 60a,60b,60c…軸ドライバ。
Reference numeral 10: distance measuring sensor, 11: laser light source, 12a, 12b: condenser lens, 13a, 13b: CCD camera (light receiving element, one-dimensional CC)
D image sensor), 20: positioning device, 21a: moving mechanism, 21b: rotating mechanism, 30: measuring head, 40: camera controller, 50: control computer (control means), 51: CPU, 52: angle error table ( Angle correction table), 53: distance table, 54: measurement point sequence data, 60a, 60b, 60c: axis driver.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーザ光の反射を利用した三角測量方式
により被測定物の表面形状を測定する形状測定装置にお
いて、 レーザ光源と、該レーザ光源のレーザ光出射方向に関し
て互いに対称な左右の位置に配置された二つのアレイ型
の受光素子とを備えた測距センサと、 被測定面に対する前記測距センサの傾斜角を相対的に可
変する回転機構と、 前記二つの受光素子の受光強度を比較して、それらが一
致するように前記回転機構を制御する制御手段と、 を有することを特徴とする形状測定装置。
1. A shape measuring apparatus for measuring a surface shape of an object to be measured by triangulation using reflection of a laser beam, comprising: a laser light source; and a left and right position symmetrical to each other with respect to a laser light emitting direction of the laser light source. A distance measuring sensor having two array-type light receiving elements arranged; a rotation mechanism that relatively varies an inclination angle of the distance measuring sensor with respect to a measured surface; and a light receiving intensity of the two light receiving elements compared. And a control means for controlling the rotation mechanism so that they coincide with each other.
【請求項2】 前記受光素子は、一次元CCDイメージ
センサであることを特徴とする請求項1記載の形状測定
装置。
2. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein said light receiving element is a one-dimensional CCD image sensor.
【請求項3】 前記制御手段は、あらかじめ作成された
前記二つの受光素子の受光強度の差と被測定面に対する
前記測距センサの傾斜角の補正量との関係を示す角度補
正テーブルを記憶しており、前記二つの受光素子の受光
強度を比較して両者の差を求め、得られた受光強度差と
前記角度補正テーブルとに基づいてレーザ光出射方向と
被測定面との成す角を直角にするために必要な補正量を
求め、前記回転機構に出力することを特徴とする請求項
1記載の形状測定装置。
3. The control means stores an angle correction table which is prepared in advance and indicates a relationship between a difference between light receiving intensities of the two light receiving elements and a correction amount of an inclination angle of the distance measuring sensor with respect to a surface to be measured. The light receiving intensity of the two light receiving elements is compared to obtain a difference between the two. Based on the obtained light receiving intensity difference and the angle correction table, the angle formed between the laser light emitting direction and the surface to be measured is a right angle. 2. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein a correction amount necessary for the correction is obtained and output to the rotation mechanism.
【請求項4】 前記制御手段は、得られた補正量の絶対
値が所定値以上のときに当該補正量を前記回転機構に出
力することを特徴とする請求項3記載の形状測定装置。
4. The shape measuring apparatus according to claim 3, wherein the control means outputs the correction amount to the rotating mechanism when the obtained absolute value of the correction amount is equal to or larger than a predetermined value.
【請求項5】 前記測距センサを被測定面の形状に倣っ
て上下方向および左右方向に所定の測定ピッチで相対的
に移動させる移動機構を有し、 前記制御手段は、前記測距センサ内の前記受光素子上の
受光位置の変化から三角測量方式に基づいて前記測距セ
ンサと各測定点との距離を算出し、得られた距離の値を
所定の基準値と比較して両者の差を求め、得られた距離
の差がなくなるような補正位置を算出し、前記移動機構
に出力することを特徴とする請求項1記載の形状測定装
置。
5. A moving mechanism for relatively moving the distance measuring sensor in a vertical direction and a horizontal direction at a predetermined measuring pitch in accordance with the shape of the surface to be measured, and wherein the control means is provided in the distance measuring sensor. The distance between the distance measuring sensor and each measuring point is calculated based on a triangulation method from the change in the light receiving position on the light receiving element, and the obtained distance value is compared with a predetermined reference value to determine the difference between the two. 2. The shape measuring apparatus according to claim 1, wherein a correction position is calculated so as to eliminate the difference between the obtained distances, and the corrected position is output to the moving mechanism.
【請求項6】 前記制御手段は、得られた距離差の絶対
値が所定値以上のときに前記補正位置を前記移動機構に
出力することを特徴とする請求項5記載の形状測定装
置。
6. The shape measuring apparatus according to claim 5, wherein the control unit outputs the correction position to the moving mechanism when an obtained absolute value of the distance difference is equal to or more than a predetermined value.
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