JP2003315026A

JP2003315026A - ３次元計測装置

Info

Publication number: JP2003315026A
Application number: JP2002122377A
Authority: JP
Inventors: Hideyo Takeuchi; 英世竹内
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2002-04-24
Filing date: 2002-04-24
Publication date: 2003-11-06

Abstract

(57)【要約】【課題】被計測物の３次元形状を計測可能な３次元計
測装置を提供する。【解決手段】第１基準５、第１マスターワーク６、第
２マスターワーク８、第２基準９を有するマスターワー
ク側部材２を下方に配置すると共に、第１基準用レーザ
１０、第１マスターワーク用レーザ１１、被計測物用レ
ーザ１２、第２マスターワーク用レーザ１３、第２基準
用レーザ１４を有するレーザ側部材３を、多関節ロボッ
ト４に取付けて、前記マスターワーク側部材２の上方に
配置した。前記レーザ側部材３を、多関節ロボット４に
より、前記マスターワーク側部材２の上を移動させて、
前記各レーザ１０〜１４からの照射レーザを、前記第１
基準５、第１マスターワーク６、第２マスターワーク
８、第２基準９に走査し、被計測物の計測位置および正
規入力を把握し、被計測物７による被計測物用レーザ１
２の入力を、前記正規入力と対比する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、３次元計測装置に
関し、例えば、自動車用ボディ部材などのプレス部品の
形状を計測する場合に好適する３次元計測装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車は様々な形状をした多種類かつ多
数の構成部材および部品を組立てて生産されるため、生
産現場においては、多種類かつ多数の構成部材および部
品を準備し、それらの構成部材および部品を順次組付け
ていくが、この構成部材および部品の準備作業時や、組
付け作業時に、正規の構成部材および部品を準備し、あ
るいは組付けて行く必要がある。

【０００３】この構成部材および部品を準備し、それら
の構成部材および部品を順次組付けていく場合に、作業
者が肉眼で判別することは、汎用性はあるが、長時間作
業などによる眼精疲労などによって、判別力が低下した
り、見間違いを起したりする可能性がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、自動計測ロボ
ットなどを用いて、自動的に計測することが考えられる
が、従来の計測装置は複雑な構造を有し、装置が大型、
かつ重いために、固定式で使用しなければならず、工程
レイアウト変更への対応が困難であり、また高価である
という問題点があった。

【０００５】また、可搬式の装置でも、センシングツー
ルを被計測物に接触させる構造のもので、取扱いが不便
であったりして、実用上支障がある場合が多かった。

【０００６】最近では、ＣＣＤカメラなどを用いた画像
処理によって、高精度で計測可能な装置も出て来ている
が、被計測物を貼付ける必要があり、このターゲット貼
付け精度を高める工夫が必要である。

【０００７】前述のように、自動車ボディの構成部材お
よび部品は、他種類、かつ多数であり、かつ複雑な形状
のものが多く、その組付治具も複雑な形状になり易く、
その形状を計測する必要がある場合は、インラインでの
計測が困難で、個別に取外し、計測するのに有利な計測
場所を選定し、その計測場所に運搬して計測する必要が
あった。

【０００８】また、ＣＣＤカメラによる画像処理では、
ＣＣＤカメラの視野、解像度などによって異なるが、通
常±０．２ｍｍ程度の精度のため、自動車用プレス部品
のように歪などの僅かな変形があっても、組付けが不可
能ないし不具合となる用途においては、その歪など僅か
な変形の評価には、使用困難であった。

【０００９】特に、自動車用ボディ部材では、車体重量
の軽量化のために、厚さの異なる複数の板金プレート部
材を溶接によって継いで構成することが多いが、溶接に
よって生じる僅かな溶接歪などの評価には、使用困難で
あった。

【００１０】さらに、ＣＣＤカメラによる画像処理で
は、ＣＣＤにより受像するため、自動車用プレス部品の
ように光沢がある被計測物には適用出来ないか、あるい
はつや消し塗装などの前処理が必要なため、インライン
での計測には適さないという問題点があった

【００１１】そこで、本発明は、複雑な形状の被計測物
でも、比較的簡単な構成で、かつインラインで自動的に
計測が可能な、３次元計測装置を提供することを目的と
する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に記載
された３次元計測装置は、少なくとも基準とマスターワ
ークとを有するマスターワーク側部材と、前記マスター
ワーク側部材に対向して基準用レーザとマスター用レー
ザと被計測物用レーザとを有するレーザ側部材とを具備
し、前記マスターワーク側部材と前記レーザ側部材とを
相対的に移動可能に構成したことを特徴とするものであ
る。

【００１３】上記の「前記マスターワーク側部材と前記
レーザ側部材とを相対的に移動可能に構成した」なる表
現は、マスターワーク側部材を移動させて、レーザ側部
材を固定する場合、上記と逆にレーザ側部材を移動させ
て、マスターワーク側部材を固定する場合、マスターワ
ーク側部材と前記レーザ側部材の両方を移動させる場合
を含むことを意味する。

【００１４】上記の３次元計測装置によれば、基準の近
辺を走査して、走査途中の段差を拾うことによって計測
位置を把握し、また、基準およびマスターワークの反射
レーザから入力変化を把握して、被計測物の正規寸法、
すなわち被計測物用レーザの正規入力を特定し、この正
規入力と被計測物用レーザの実際入力とを対比し、それ
ら相互のずれ量を補正することによって、被計測物の３
次元形状を計測することが出来る。

【００１５】したがって、上記の３次元計測装置によれ
ば、次のような作用効果が得られる。つや消し塗装な
どの前処理が不要で、インラインでの全数計測が可能で
ある。歪の有無が高精度（例えば±１０μｍ単位）で計測可
能である。取扱いが比較的容易である。例えば、レーザ側部材をロボットに固定する場合、ロ
ボットティーチング時に、基準位置合わせの入力値およ
びマスターワークの入力値を揃えることによって、測定
精度が向上する

【００１６】本発明の請求項２に記載された３次元計測
装置は、前記基準が、第１基準および第２基準を有し、
前記マスターワークが、第１マスターワークおよび第２
マスターワークを有すると共に、前記基準用レーザが、
第１基準用レーザおよび第２基準用レーザを有し、前記
マスターワーク用レーザが、第１マスターワーク用レー
ザおよび第２マスターワーク用レーザとを有することを
特徴とするものである。

【００１７】上記の３次元計測装置によれば、基準およ
びマスターワークをそれぞれ複数用いると共に、基準用
レーザとマスターワーク用レーザをそれぞれ複数用いる
ことによって、第１基準と第２基準との間の走査し、途
中の段差を拾うことによって、被計測物の計測位置をよ
り高精度で把握出来る。また、第１基準用レーザと第２
基準用レーザとの入力、第１マスターワーク用レーザと
第２マスターワーク用レーザとの入力を合わせることに
よって、被計測物の正規寸法、すなわち被計測物用レー
ザの正規入力をより正確に把握することが出来、被計測
物用レーザの実際入力と正規入力とのずれ量をより高精
度で把握することが出来る。さらに、被計測物レーザの
正規入力と実際入力とのずれ量をより高精度で補正可能
になり、より高精度の３次元計測が可能になる。

【００１８】本発明の請求項３に記載された３次元計測
装置は、前記第１基準と第１マスターワークと第２マス
ターワークと第２基準とが、その記載順序で配置され、
前記第１基準用レーザと第１マスターワーク用レーザと
被計測物用レーザと第２マスターワーク用レーザと第２
基準用レーザとが、その記載順序で配置されていること
を特徴とするものである。

【００１９】上記の３次元計測装置によれば、第１基準
と第２基準との間に、第１マスターワーク、第２マスタ
ーワークを、その記載順序で配置すると共に、第１基準
用レーザと第１マスター用レーザと被計測物用レーザと
第２マスター用レーザと第２基準用レーザとを、その記
載順序で配置しているので、第１基準と第２基準との間
の走査により、途中の段差を拾うことによって、被計測
物の計測位置をより高精度で把握出来る。また、第１基
準用レーザと第２基準用レーザの基準入力、第１マスタ
ーワーク用レーザと第２マスターワーク用レーザの入力
を合わせることによって、被計測物の正規寸法、すなわ
ち被計測物用レーザの正規入力をより高精度で把握する
ことが出来、被計測物用レーザの入力変化をより正確に
計測することが出来る。さらにまた、被計測物の正規入
力と実際入力とのずれ量をより高精度で補正可能にな
り、より高精度の計測が可能になる。

【００２０】本発明の請求項４に記載された３次元計測
装置は、前記マスターワーク側部材が下方に配置され、
前記レーザ側部材が前記マスターワーク側部材の上方に
配置されていることを特徴とするものである。

【００２１】上記の３次元計測装置によれば、レーザ側
部材とマスターワーク側部材とが上下に配置されている
ことによって、被計測物をコンベア上などで搬送しなが
ら、その上方からレーザ側部材の被計測物用レーザによ
りインラインで、被計測物の３次元計測を実施すること
が出来、生産性が向上する。

【００２２】本発明の請求項５に記載された３次元計測
装置は、前記レーザ側部材が、多関節ロボットに取付け
られていることを特徴とするものである

【００２３】上記の３次元計測装置によれば、上記と同
様に、被計測物をコンベアなどで移動することによっ
て、被計測物表面の凹凸形状をインラインで正確に計測
することが出来るのみならず、計測前のティーチング時
に、多関節ロボットによりレーザ側部材を、マスターワ
ーク側部材に対して相対的に移動させてレーザを走査
し、第１基準および第２基準による原点および原点
を把握したり、第１マスターワーク用レーザおよび第１
マスターワーク用レーザの入力から被計測物の正規入力
を把握したりすることが出来る。また、被計測物の大き
さや形状などに応じて、多関節ロボットを制御して、マ
スターワーク側部材とレーザ側部材との間隔寸法や、マ
スターワーク側部材とレーザ側部材との傾きなどを自在
に設定することが出来、より取扱い易くすることが出来
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態に係る３
次元計測装置について、図面を参照して説明する。

【００２５】図１は３次元計測装置の概略構成斜視図で
ある。図１において、１は３次元計測装置で、マスター
ワーク側部材２と、レーザ側部材３とを有し、レーザ側
部材３は架台（図示省略）に固定された多関節ロボット
４に取付けられて、マスターワーク側部材２の上方に配
置されている。

【００２６】前記マスターワーク側部材２には、被計測
物の搬送方向と直交する方向に沿って、上端が平面状の
第１基準５、被計測物のマスターとなる第１マスターワ
ーク６、被計測物のマスターとなる第２マスターワーク
８、上端が平面状の第２基準９が、その記載順序で配置
されている。

【００２７】前記レーザ側部材３には、第１基準用レー
ザ１０、第１マスターワーク用レーザ１１、被計測物用
レーザ１２、第２マスターワーク用レーザ１３、第２基
準用レーザ１４が、その記載順序で配置されている。そ
して、前記各レーザ１０〜１４は、前記マスターワーク
側部材２に配置された、第１基準５、第１マスターワー
ク６、第２マスターワーク８、第２基準９と対向する配
列ピッチで配置されている。

【００２８】また、レーザ側部材３の第１基準用レーザ
１０、第１マスターワーク用レーザ１１、被計測物用レ
ーザ１２、第２マスターワーク用レーザ１３、第２基準
用レーザ１４は、それぞれから出力されるレーザが、前
記マスターワーク側部材２に配置された第１基準５、第
１マスターワーク６、第２マスターワーク８、第２基準
９に照射され、それぞれでの反射レーザを受光出来るよ
うに、出力面（受光面）が下向きになるように配置され
ている。

【００２９】次に、上記の３次元計測装置１の動作につ
いて、図２ないし図６を参照して説明する。

【００３０】図２は、マスターワーク側部材２とレーザ
側部材３とを、被計測物７の搬送方向とは直交する方向
で示した概略拡大正面図で、第１マスターワーク６と第
２マスターワーク８との間を、被計測物７がコンベアな
どによって図１の矢印方向に搬送されるように構成され
ている。

【００３１】前記レーザ側部材３を多関節ロボット４に
よって、被計測物７の搬送方向とは直交する方向に移動
させて、前記第１基準５と第２基準９との間を、レーザ
で走査して、その反射レーザからその高さ位置のデータ
を、所定ピッチＰ、例えば１０μｍピッチで採取する
と、水平面部分は図３（Ａ）に示すように一定の入力ａ
が得られ、上り傾斜面または曲面状部分は図３（Ｂ）に
示すように階段状に上昇する入力ｂが得られ、下り傾斜
面または曲面状部分は図３（Ｃ）に示すように階段状に
下降する入力ｃが得られる。

【００３２】したがって、上端が平面状の第１基準５と
第２基準９によって、第１基準用レーザ５と第２基準用
レーザ９には、図４に示すように、平面状の原点と原
点が得られ、これら原点−原点間の凸面状の第１
マスターワーク６および第２マスターワーク８によっ
て、第１マスターワーク用レーザ１１および第２マスタ
ーワーク用レーザ１３には、凸状に変化する入力ｄ，ｅ
が得られる。これらの段差を拾うことにより、被計測物
７の計測位置を把握することが出来る。

【００３３】この状態で、多関節ロボット４を制御し
て、第１基準５と第１基準用レーザ１０間の間隔寸法
と、第２基準９と第２基準用レーザ１４間の間隔寸法が
等しくなるように調整する。また、第１マスターワーク
６と第１マスターワーク用レーザ１１間の間隔寸法と、
第２マスターワーク８と第２マスターワーク用レーザ１
３間の間隔寸法とが等しくなるように調整する。

【００３４】第１マスターワーク６および第２マスター
ワーク８による入力ｄ，ｅを重ね合わせた場合に、図５
（Ａ）に示すように、ずれている場合は、第１マスター
ワーク６および第１マスターワーク用レーザ１１間の間
隔寸法と、第２マスターワーク８および第２マスターワ
ーク用レーザ１３間の間隔寸法とが相違しているので、
多関節ロボット４を調節して、図５（Ｂ）に示すよう
に、これらの入力ｄ，ｅを一致させる。なお、入力ｄ，
ｅの形状が一致しているにもかかわらず、これらの入力
ｄ，ｅの位置が一致しない場合は、第１マスターワーク
用レーザ１１と第２マスターワーク用レーザ１３間の計
測誤差として補正する。

【００３５】前述のようにして、被計測物７の計測位置
の把握が終わると、コンベア上から、マスターワーク側
部材２を移動し、被計測物７を載置したコンベアを図１
の矢印方向に駆動して、被計測物７を、先に把握した計
測位置（平面視位置で、先の第１マスターワーク６と第
２マスターワーク８との間に対応する位置）に通過させ
て、多関節ロボット4により被計測物用レーザ１２から
の照射レーザを、被計測物７の表面に走査して、その反
射レーザによる入力ｆを、前記第１マスターワーク６お
よび第２マスターワーク８による入力ｄ，ｅと重ね合わ
せる。図１では、被計測物７の一例として、自動車用ボ
ディ部材の一部の３次元計測を行なう場合を示してい
る。

【００３６】図６（Ａ）に示すように、被計測物７から
の入力ｆが、前記第１マスターワーク６および第２マス
ターワーク８による入力ｄ，ｅと位置および形状が一致
すれば、被計測物７は正規の寸法・形状を有するものと
して合格と判定する。もし、図６（Ｂ）に示すように、
被計測物７の入力ｆが、前記第１マスターワーク６およ
び第２マスターワーク８による入力ｄ，ｅと位置および
形状が一致しなければ、被計測物７は正規の寸法・形状
を有していないものとして不合格と判定する。

【００３７】また、図６（Ｃ）に示すように、被計測物
７からの反射レーザによる入力ｆが、前記第１マスター
ワーク６および第２マスターワーク８による入力ｄ，ｅ
と位置が一致していない場合は、そのずれ量を補正す
る。その補正の結果、図６（Ａ）に示すように、入力ｆ
が入力ｄ，ｅと一致する場合は、被計測物７は正規の寸
法・形状を有しているものとして合格と判定する。

【００３８】なお、上記実施形態では、被計測物７であ
る自動車用ボディ部材の一部分のみの３次元計測を行な
う場合について説明したが、複数部分の３次元計測を行
なってもよい。その場合、多関節ロボット４を操作し
て、単一のレーザ側部材３を用いて、被計測物用レーザ
１２からの照射レーザを、被計測物７の複数部分に順次
走査するようにしてもよいし、レーザ側部材３を複数個
設けて、同時に被計測物７の複数部分に照射レーザを走
査するようにしてもよい。このように、被計測物７の複
数部分に同時に照射レーザを走査することにより、被計
測物７の３次元計測精度が大幅に向上する。

【００３９】上記の単一のレーザ側部材３を用いて、被
計測物用レーザ１２からの照射レーザを、被計測物７の
複数部分に順次走査する場合は、設備コストが低い利点
はあるが、計測時間が長くなる。一方、レーザ側部材３
を複数個設けて、同時に被計測物７の複数部分に照射レ
ーザを走査する場合は、設備コストは高くなるが、計測
時間が短くてすむ利点がある。

【００４０】以上のようにして、被計測物７の計測が終
わると、合格の被計測物７はそのまま生産ラインに流
し、不合格の被計測物７は生産ライン（コンベア）から
取り去る。

【００４１】上記実施形態では、被計測物７として自動
車用ボディ部材を用いる場合について説明したが、本発
明の３次元計測装置は、自動車用の他の部材、あるいは
他の任意の部材における３次元計測に用いることが出来
る。

【００４２】また、上記実施形態では、基準として第１
基準５と第２基準８の２個を、マスターワークとして第
１マスターワーク６と第２マスターワーク８の２個を用
いる場合について説明したが、それぞれいずれか１個ず
つを用いることが出来る。ただし、この場合は、測定精
度が若干低下する。

【００４３】

【発明の効果】本発明の３次元計測装置は、以上のよう
に、少なくとも基準とマスターワークとを有するマスタ
ーワーク側部材と、前記マスターワーク側部材に対向し
て基準用レーザとマスターワーク用レーザと被計測物用
レーザとを有するレーザ側部材とを具備し、前記マスタ
ーワーク側部材と前記レーザ側部材とを相対的に移動可
能に構成したことを特徴とするものであるから、被計測
物の表面の凹凸状態を計測することが出来、特に、自動
車用ボディ部材のように、厚さの異なる複数のプレス部
材を溶接によって継いで構成した溶接歪が生じ易い複合
部材においても、溶接歪に起因する表面の僅かな凹凸状
態を高精度で計測することが出来る。

【００４４】また、上記のマスターワーク側部材の基準
およびマスターワークと、レーザ側部材の基準用レーザ
とマスターワーク用レーザとを、それぞれ複数具備すれ
ば、被計測物の計測精度を向上することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る３次元計測装置の概略
構成斜視図である。

【図２】図１の３次元計測装置の要部の概略構成拡大正
面図である。

【図３】（Ａ）は図１の３次元計測装置において上端が
平面状の第１基準と第２基準をレーザで走査したときの
入力の説明図（Ｂ）は上端が上り傾斜面または曲面状部分のマスター
ワークをレーザで走査したときの入力の説明図、（Ｃ）
は上端が下り傾斜面または曲面状部分のマスターワーク
をレーザで走査したときの入力の説明図である。

【図４】図１の３次元計測装置において第１基準と第２
基準間をレーザで走査したときの入力の説明図である。

【図５】（Ａ）は図１の３次元計測装置において第１マ
スターワーク用レーザの入力ｄと第２マスターワーク用
レーザの入力ｅがずれている場合の説明図、（Ｂ）は
（Ａ）の入力ｄと入力ｅとを位置補正した場合の説明図
である。

【図６】（Ａ）は図１の３次元計測装置において第１マ
スターワーク用レーザの入力ｄと第２マスターワーク用
レーザの入力ｅに、被計測物用レーザの入力ｆを重ね合
わせた場合の説明図、（Ｂ）は被計測物用レーザの入力
ｆが、第１マスターワーク用レーザの入力ｄと第２マス
ターワーク用レーザの入力ｅとは、位置および形状が相
違している場合の説明図、（Ｃ）は被計測物用レーザの
入力ｆが、第１マスターワーク用レーザの入力ｄと第２
マスターワーク用レーザの入力ｅとは、位置のみ異なり
形状が一致している場合の説明図である。

【符号の説明】

１３次元計測装置２マスターワーク側部材３レーザ側部材４多関節ロボット５第１基準６第１マスターワーク７被計測物８第２マスターワーク９第２基準１０第１基準用レーザ１１第１マスターワーク用レーザ１２被計測物用レーザ１３第２マスターワーク用レーザ１４第２基準用レーザａ平面部の入力ｂ上り傾斜面または曲面状部分の入力ｃ下り傾斜面または曲面状部分の入力ｄ第１マスターワーク用レーザの入力ｅ第２マスターワーク用レーザの入力ｆ被計測物用レーザの入力

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも基準とマスターワークとを有
するマスターワーク側部材と、前記マスターワーク側部
材に対向して基準用レーザとマスター用レーザと被計測
物用レーザとを有するレーザ側部材とを具備し、前記マ
スターワーク側部材と前記レーザ側部材とを相対的に移
動可能に構成したことを特徴とする３次元計測装置。
【請求項２】前記基準が、第１基準および第２基準を
有し、前記マスターワークが、第１マスターワークおよ
び第２マスターワークを有すると共に、前記基準用レー
ザが、第１基準用レーザおよび第２基準用レーザを有
し、前記マスターワーク用レーザが、第１マスターワー
ク用レーザおよび第２マスターワーク用レーザとを有す
ることを特徴とする請求項１に記載の３次元計測装置。
【請求項３】前記第１基準と第１マスターワークと第
２マスターワークと第２基準とが、その記載順序で配置
され、前記第１基準用レーザと第１マスターワーク用レ
ーザと被計測物用レーザと第２マスターワーク用レーザ
と第２基準用レーザとが、その記載順序で配置されてい
ることを特徴とする請求項２に記載の３次元計測装置。
【請求項４】前記マスターワーク側部材が下方に配置
され、前記レーザ側部材が前記マスターワーク側部材の
上方に配置されていることを特徴とする請求項１ないし
３のいずれかに記載の３次元計測装置。
【請求項５】前記レーザ側部材が、多関節ロボットに
取付けられていることを特徴とする請求項４に記載の３
次元計測装置。