JP2001221619A - 物体表面の凹凸プロフィール計測装置 - Google Patents
物体表面の凹凸プロフィール計測装置Info
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Abstract
ロフィールを直接的に計測することにより物体表面の見
かけ状態に左右されることなく刻印をはじめとする各種
凹凸プロフィールを高精度で計測すること。 【解決手段】 レーザ光線照射部3aとレーザ光線受光
部3bを有するレーザ測距ユニット3を支軸の回りに回
動自在に配設する。レーザ測距ユニット3は1回の片道
回動毎に支軸の軸線方向に定ピッチ移動させる。レーザ
光線照射部3aからプレート表面の刻印に向けてレーザ
光線を照射し、プレート表面からの反射レーザ光線をレ
ーザ光線受光部3bで受光する。レーザ測距ユニット3
からの信号に基づき第1演算手段でレーザ光線照射点ま
での距離を演算する。レーザ測距ユニット3の回動と定
ピッチ移動により刻印の全領域をレーザ光線で走査し、
刻印の深さに関するプロフィールを計測する。
Description
ンスミッションなどの製品に付される刻印や浮出し文字
の品質を検査したり文字の種類を判別するのに好適な、
レーザ光線を使用した物体表面の凹凸プロフィール計測
装置に関する。
は製品を特定するための文字や記号が刻印装置によって
刻印される。この刻印の明瞭度ないし刻印深さは常に一
定であることが勿論望ましいが、実際の刻印品質は刻印
装置の特性や製品の表面状態によって微妙に影響され、
刻印深さにバラツキがあるのが実状である。一方、刻印
品質については所轄官庁から一定の基準が示されてお
り、かつ、拓本の保存も義務付けられている。従って、
自動車会社は製品の刻印が品質基準をクリアしているか
否かを全数確認すると共に、拓本を一つずつ手作業で採
取しなければならないのであるが、従来の刻印品質の確
認方法は刻印をCCDカメラで撮像して得た濃淡画像を
閾値設定で画像処理した結果で刻印品質の良否を判別し
ていた。
る刻印品質の確認方法では、製品に対する照明の加減や
反射の具合、あるいは製品の鋳肌状態や表面汚れ等のた
めに、画像濃度と刻印深さとが必ずしも一致せず、画像
上は部分的に途切れた刻印部分でも実際は十分な刻印深
さが得られていたり、またこの反対に画像上は連続して
いる刻印部分でも実際は刻印深さが基準に達していない
などの不都合が起こり得る。このように画像処理による
刻印品質確認は信頼性の点で問題があった。
て物体表面の凹凸プロフィールを直接的に計測すること
により物体表面の見かけ状態に左右されることなく刻印
をはじめとする各種凹凸プロフィールを高精度で計測す
ることにある。
本発明の物体表面の凹凸プロフィール計測装置は、凹部
又は凸部を有する物体表面に向けてレーザ光線を照射す
るレーザ光線照射手段と、前記レーザ光線照射手段に隣
接配置され、前記物体表面からの反射レーザ光線を受光
するレーザ光線受光手段と、前記レーザ光線照射手段及
びレーザ光線受光手段からの信号に基づき前記レーザ光
線照射手段から前記物体表面のレーザ光線照射点までの
距離を演算する第1演算手段と、前記凹部又は凸部の存
在領域に沿ってレーザ光線を走査すべく前記レーザ光線
照射手段及びレーザ光線受光手段を一体型のレーザ光線
照射受光組立体として前記物体表面に対して相対的に移
動させる移動手段と、前記第1演算手段と前記移動手段
からの信号に基づき前記物体表面の凹部又は凸部のプロ
フィールを演算する第2演算手段とを有することを特徴
とする。レーザ光線の種類は赤外線レーザが実用上便利
であるが、他種類のレーザ光線を使用することも可能で
ある。
受光組立体を位置固定の支軸回りに回動させるサーボモ
ータで構成可能であり、また前記第2演算手段は前記回
動に伴う前記第1演算手段の演算結果の増減を相殺補正
する補正手段を組込むことが可能である。
受光組立体の回動ストローク毎に前記レーザ光線照射受
光組立体を前記支軸の軸線方向に等ピッチでシフト移動
する第1送り手段を具備することも可能である。
光線照射受光組立体を前記物体表面に沿って直線的に移
動させる構成が可能であり、この場合、直線移動ストロ
ーク毎に前記レーザ光線照射受光組立体を等ピッチで直
線移動方向と直交する方向にシフト移動する第2送り手
段を具備することが可能である。
は製品表面の刻印又は浮出し文字であって、前記第2演
算手段により得られた物体表面の凹部又は凸部のプロフ
ィールに基づいて、前記刻印又は浮出し文字の深さ又は
高さ品質を検査することができる。
体表面の凹部又は凸部のプロフィールに基づいて、前記
刻印又は浮出し文字の種類を判別することも可能であ
る。
態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施形
態に係る物体表面の凹凸プロフィール計測装置の概略構
成を示したもので、図中1は刻印2が付されたプレート
であって、エンジンやトランスミッションケースの表面
の一部を仮想的に示したものである。また、3はレーザ
照射部3aとレーザ受光部3bとが隣接配置されたレー
ザレーザ測距ユニット、4はパソコン、5はモニタ、6
はエンジンやトランスミッション等の製造工程を管理す
るシーケンサ、7はハードディスクである。
された支軸8を中心として図外のサーボモータなどによ
り左右方向に回動自在に構成され、かつ、右方向又は左
方向の一回の回動毎に支軸の軸線方向に定ピッチだけシ
フト移動されるように構成されている。このようなシフ
ト機構は例えばレーザ測距ユニット3を載置するXYテ
ーブルで構成可能であり、また他のシフト機構としては
ステッピングモータとラック・アンド・ピニオン機構と
を組合わせた装置や、サーボモータと螺子棒とを組合わ
せた装置などで容易に構成可能である。図2はこのよう
なレーザ測距ユニット3の回動とシフト移動によりプレ
ート上で走査されるレーザポイントの移動軌跡を表した
もので、例えば図中の〜の走査ストロークの順でレ
ーザ光線照射部3aから照射されたレーザポイントが移
動するようになっている。なお、走査ストロークの数は
計測対象の種類に応じて増減すればよく、刻印の文字や
記号が計測対象の場合は8本程度の走査ストロークで十
分である。
ート1表面で反射されてレーザ測距ユニット3のレーザ
光線受光部3bに捕捉され、レーザ光線照射部3aとレ
ーザ光線受光部3bからの信号に基づき、レーザ光線照
射部3aからプレート1表面のレーザ光線照射点ないし
レーザ光線反射点までの距離がレーザ測距ユニット3内
部の第1演算手段にて演算されるようになっている。こ
のようなレーザ測距ユニット3は市場において容易に入
手可能である。
ータは、支軸8の位置を基準としたものとなり、グラフ
化すると例えば図3(A)のようになる。この波形は図
2の走査ストロークで得られたデータを表しており、
図で左から右が走査方向であり、0〜5000の目盛り
はレーザ光線の照射ポイント数を表している。また図2
(A)の縦軸は支軸8を中心としてプレート1表面下側
に描いた仮想円弧を基準線としたプレート1表面のレー
ザ光線照射点までの距離(単位はμm)を表している。
しかし、図3(A)の円弧状波形のままでは後処理がし
にくいため、図3(B)のように波形変換する。この図
3(B)ではプレート1表面の基準高さが横軸に設定さ
れ、この横軸から各波形の上端までの距離が刻印の深さ
を表している(単位はμm)。従って、図3(B)は図
2の走査ストロークに沿った刻印の深さを表している
ことになる。波形変換は、具体的にはレーザ測距ユニッ
ト3の回動に伴う測距データ(図示しない第1演算手段
にて演算)の増減変化を相殺補正するアルゴリズムによ
りなされる。すなわち、支軸8の真下位置(刻印「9」
付近)までの距離が最も短く、両端の刻印「J」及び
「3」までの距離が最も長いのであるが、このような距
離の変化を相殺して一定とするように測距データを補正
するわけである。レーザ測距ユニット3がプレート1表
面と平行に直線的に走査移動する場合はこのような波形
変換は不要であり、図3(B)のような波形が直接得ら
れることになる。なお、必要であればレーザ光線の照射
ポイント数を走査ストロークに沿った距離に換算す
る。また、図3の(A)→(B)の波形変換と併せて、
刻印プロフィールの計測では不要なプレート1表面の凸
データをノイズとして除去してもよく、図3(B)では
図3(A)の刻印形成に伴うプレート1材料の盛上りの
凸波形Cをノイズとして除去している。
るが、実際の刻印と図3(B)の波形との対応関係を示
すと図4のようになる。すなわち、同図(A)のように
走査ストロークによって刻印「3」、「0」の順にレ
ーザポイントが移動すると、同図(B)のような刻印の
深さデータがレーザ測距ユニット3によって得られるの
である。
5に基づき説明する。ステップS1で測距ユニットの回
動及びシフト移動によるレーザ光線の走査が開始され、
ステップS2でレーザ測距ユニット3からの測距データ
がパソコン4のA/D変換回路を介してパソコン4内の
メモリに読込まれる。次に、パソコン4内に読込まれた
図3(A)のような波形データの凸部をステップS3で
ノイズカットし、ステップS4で図3(B)のように波
形変換する。
ロークにて得られたデータから刻印の三次元プロフィー
ルが図示しない第2演算手段によって作成され、この三
次元プロフィールと、パソコン4付属のハードディスク
に予め蓄積された文字記号などの標準三次元プロフィー
ルデータとが比較照合され、刻印深さが基準に達してい
るか否かが判別されると共に、プレート1上の刻印で表
された文字や記号が何であるかが判別される。この判別
結果はステップS7でシーケンサが管理する刻印の文字
記号と照合され、判別結果がシーケンサが出力する文字
記号と合致していれば予定通りの製品が刻印計測装置を
通過しているとしてステップS8で製品が刻印計測装置
を通過することが許可され、合致しない場合は予定と異
なる製品として刻印計測装置の下流側で生産ラインから
排除される。ステップS8の後は計測データがステップ
S9でクリアされて再びステップS1に戻り、同様の工
程が繰返される。なお、三次元プロフィールデータの作
成にあたっては、図4(B)の閾値T1以上で刻印あり
と判断し、閾値T2以上で基準刻印深さ到達と判断する
ように、ステップS5及びステップS8の関係プログラ
ムを構成する。
が、本発明は製品表面の刻印の凹プロフィール計測に限
らず、いろいろな製品物体の凸プロフィール計測にも同
様に適用可能であり、さらには凹凸が混在したプロフィ
ール計測にも適用可能である。また、レーザ測距ユニッ
ト3の走査のための移動形態としては前述した回動とシ
フト移動を組合わせた移動形態の他、直線移動と等ピッ
チシフト移動を組合わせた移動形態としてもよい。前者
の移動形態は凹凸領域が直線状に長く延在する場合に好
適であり、後者の移動形態は凹凸領域が面状に広がって
いる場合に好適である。
用して凹凸プロフィールを計測するので、例えば製品表
面の刻印の深さデータないし凹プロフィールを製品の見
かけの表面状態に左右されることなく正確に計測可能で
あり、かつ、得られたプロフィールデータを刻印の拓本
の代わりに電子的に保管することも可能である。
フィール計測装置の概略構成図。
次データの波形図、(B)は前記一次データを波形変換
した波形図。
(B)は同刻印の凹プロフィールの波形図。
図。
Claims (6)
- 【請求項1】 凹部又は凸部を有する物体表面に向けて
レーザ光線を照射するレーザ光線照射手段と、 前記レーザ光線照射手段に隣接配置され、前記物体表面
からの反射レーザ光線を受光するレーザ光線受光手段
と、 前記レーザ光線照射手段及びレーザ光線受光手段からの
信号に基づき前記レーザ光線照射手段から前記物体表面
のレーザ光線照射点までの距離を演算する第1演算手段
と、 前記凹部又は凸部の存在領域に沿ってレーザ光線を走査
すべく前記レーザ光線照射手段及びレーザ光線受光手段
を一体型のレーザ光線照射受光組立体として前記物体表
面に対して相対的に移動させる移動手段と、 前記第1演算手段と前記移動手段からの信号に基づき前
記物体表面の凹部又は凸部のプロフィールを演算する第
2演算手段とを有することを特徴とする物体表面の凹凸
プロフィール計測装置。 - 【請求項2】 前記移動手段が、前記レーザ光線照射受
光組立体を位置固定の支軸回りに回動させるサーボモー
タで構成されると共に、前記第2演算手段に、前記回動
に伴う前記第1演算手段の演算結果の増減を相殺補正す
る補正手段が組込まれていることを特徴とする請求項1
記載の物体表面の凹凸プロフィール計測装置。 - 【請求項3】 前記移動手段が、前記レーザ光線照射受
光組立体の回動ストローク毎に前記レーザ光線照射受光
組立体を前記支軸の軸線方向に等ピッチでシフト移動す
る第1送り手段を具備していることを特徴とする請求項
2記載の物体表面の凹凸プロフィール計測装置。 - 【請求項4】 前記移動手段が、前記レーザ光線照射受
光組立体を前記物体表面に沿って直線的に移動させると
共に、直線移動ストローク毎に前記レーザ光線照射受光
組立体を等ピッチで直線移動方向と直交する方向にシフ
ト移動する第2送り手段を具備していることを特徴とす
る物体表面の凹凸プロフィール計測装置。 - 【請求項5】 前記物体表面の凹部又は凸部が刻印又は
浮出し文字であって、前記第2演算手段により得られた
物体表面の凹部又は凸部のプロフィールに基づいて、前
記刻印又は浮出し文字の深さ又は高さ品質を検査するよ
うにしたことを特徴とする請求項3又は4記載の物体表
面の凹凸プロフィール計測装置。 - 【請求項6】 前記物体表面の凹部又は凸部が刻印又は
浮出し文字であって、前記第2演算手段により得られた
物体表面の凹部又は凸部のプロフィールに基づいて、前
記刻印又は浮出し文字の種類を判別するようにしたこと
を特徴とする請求項3又は4記載の物体表面の凹凸プロ
フィール計測装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000032598A JP4378496B2 (ja) | 2000-02-10 | 2000-02-10 | 物体表面の凹凸プロフィール計測装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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Cited By (4)
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2000
- 2000-02-10 JP JP2000032598A patent/JP4378496B2/ja not_active Expired - Fee Related
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