JP2006064463A - Shape-measuring instrument and shape-measuring method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、レーザ光を用いて測定対象物の形状を容易に測定可能とさせる形状測定装置および形状測定方法に関するものである。 The present invention relates to a shape measuring apparatus and a shape measuring method that make it possible to easily measure the shape of a measurement object using laser light.
簡素な構造の測定対象物の形状を測定する方法として、例えば測定対象物をスケッチする方法や、測定対象物の表面にプローブを当接させる方法などが挙げられる。 Examples of a method for measuring the shape of a measurement object having a simple structure include a method of sketching the measurement object and a method of bringing a probe into contact with the surface of the measurement object.
従来の形状測定装置として、例えば軸や軸受の剛性不足に起因する軸の反り、傾きによる測定誤差を補正することにより、高精度な形状測定を行えるものとさせた形状測定装置というものがある(例えば特許文献1参照)。
近年、より簡単に形状を測定可能な装置や、より簡単に形状を測定可能な方法が要求されつつある。また、上記従来の測定対象物の形状を測定する方法にあっては、複雑な形状のものを測定することは、難しいこととされていた。 In recent years, an apparatus capable of measuring a shape more easily and a method capable of measuring a shape more easily are being demanded. Moreover, in the conventional method for measuring the shape of the measurement object, it has been difficult to measure a complicated shape.
本発明は、上記した点に鑑み、測定対象物の形状を容易に測定できる形状測定装置および形状測定方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the shape measuring apparatus and shape measuring method which can measure the shape of a measuring object easily in view of an above-described point.
上記目的を達成するために、本発明の請求項1に係る形状測定装置は、信号を発信する制御部と、該制御部から発信された信号により、測定対象物に対してレーザ光を照射させて、該測定対象物にレーザラインを映し出すレーザマーカと、該測定対象物に映し出された該レーザラインの映像を読み取る測定部と、該測定部で読み取られた該映像に基づいて、該測定対象物の形状を導き出すデータ処理部とを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a shape measuring apparatus according to
上記構成により、測定対象物の形状は、容易に測定される。制御部からレーザマーカに信号が発信され、この信号により、レーザマーカから測定対象物にレーザ光が照射されて、測定対象物にレーザラインが映し出される。測定対象物に映し出されたレーザラインの映像は、測定部によって読み取られる。測定部で読み取られた映像が、データ処理部で処理されることで、測定対象物の形状が導き出される。上記制御部と、上記レーザマーカと、上記測定部と、上記データ処理部とを備える形状測定装置が用いられることにより、測定対象物の形状は、容易に求められる。また、レーザ光を出射するレーザマーカが用いられることにより、例えば暗いところにおける測定対象物の形状測定も可能となる。 With the above configuration, the shape of the measurement object is easily measured. A signal is transmitted from the control unit to the laser marker. With this signal, the laser marker is irradiated with the laser beam from the laser marker, and a laser line is projected on the measurement object. The image of the laser line projected on the measurement object is read by the measurement unit. The image read by the measurement unit is processed by the data processing unit, whereby the shape of the measurement object is derived. By using a shape measuring apparatus including the control unit, the laser marker, the measurement unit, and the data processing unit, the shape of the measurement object can be easily obtained. In addition, by using a laser marker that emits laser light, the shape of the measurement object can be measured in a dark place, for example.
請求項2に係る形状測定装置は、請求項1記載の形状測定装置において、前記測定対象物に対し、前記制御部と、前記レーザマーカと、前記測定部と、前記データ処理部とを、一つのものとして相対移動可能とさせる相対移動装置をさらに備えることを特徴とする。
The shape measuring apparatus according to claim 2 is the shape measuring apparatus according to
上記構成により、上記制御部と、上記レーザマーカと、上記測定部と、上記データ処理部とは、一つのものとして相対移動装置に装備され、形状測定装置は、測定対象物に対し、相対移動可能なものとなる。従って、測定対象物全体の形状は、相対移動可能な形状測定装置により、容易に測定される。また、例えば製造物品などの測定対象物の外観検査工程において、測定対象物に対し、相対移動可能な形状測定装置が用いられることで、測定
対象物の形状の連続データが処理可能となる。従って、相対移動装置を備える形状測定装置は、外観検査機などに適用可能とされる。
With the above configuration, the control unit, the laser marker, the measurement unit, and the data processing unit are provided as a single unit in the relative movement device, and the shape measurement device can move relative to the measurement object. It will be something. Therefore, the shape of the entire measurement object can be easily measured by a shape measuring device that can move relative to the object. In addition, for example, in a visual inspection process of a measurement object such as a manufactured article, a continuous shape data of the measurement object can be processed by using a shape measuring device that can move relative to the measurement object. Therefore, the shape measuring device including the relative movement device can be applied to an appearance inspection machine or the like.
請求項3に係る形状測定方法は、請求項1又は2記載の形状測定装置を用い、前記測定対象物の高さ方向の基準とされる測定基準面を定め、前記レーザマーカから前記レーザ光を出射させて、該測定基準面に前記レーザラインを映し出し、このときの該レーザラインを基準線として前記測定部に読み取らせることを特徴とする。
A shape measuring method according to claim 3 uses the shape measuring device according to
上記構成により、測定対象物の測定基準面は、正確に測定部に読み取られる。レーザマーカからレーザ光を出射させて、測定対象物の測定基準面にレーザラインを映し出し、このときのレーザラインを基準線として測定部に読み取らせるので、測定対象物の高さ方向の基準は、精度よく定められる。従って、測定対象物の測定基準面に基づいて、測定対象物の形状は、精度よく求められる。 With the above configuration, the measurement reference plane of the measurement object is accurately read by the measurement unit. The laser beam is emitted from the laser marker, the laser line is projected on the measurement reference plane of the measurement object, and the measurement line is read as the reference line at this time, so the reference in the height direction of the measurement object is accurate. It is well defined. Therefore, based on the measurement reference plane of the measurement object, the shape of the measurement object is obtained with high accuracy.
請求項4に係る形状測定方法は、請求項3記載の形状測定方法において、前記測定対象物に対し、前記形状測定装置が相対移動したときに、前記基準線と、前記レーザラインとがずらされ、このときの該基準線と、該レーザラインとの差に基づいて、該測定対象物の形状を求めることを特徴とする。 The shape measuring method according to claim 4 is the shape measuring method according to claim 3, wherein the reference line and the laser line are shifted when the shape measuring device moves relative to the measurement object. The shape of the measurement object is obtained based on the difference between the reference line at this time and the laser line.
上記構成により、測定対象物の形状は、正確に求められる。測定対象物に対し、形状測定装置が相対移動したときに、基準線と、レーザラインとがずらされ、このときの基準線と、レーザラインとの差に基づいて、測定対象物の形状を求めるので、測定対象物の形状は、精度よく容易に導き出される。 With the above configuration, the shape of the measurement object is accurately obtained. When the shape measuring device moves relative to the measurement object, the reference line and the laser line are shifted, and the shape of the measurement object is obtained based on the difference between the reference line and the laser line at this time. Therefore, the shape of the measurement object can be easily derived with high accuracy.
以上の如く、請求項1記載の発明によれば、測定対象物の形状を容易に測定することができる。制御部からレーザマーカに信号が発信され、この信号により、レーザマーカから測定対象物にレーザ光が照射されて、測定対象物にレーザラインが映し出される。測定対象物に映し出されたレーザラインの映像は、測定部によって読み取られる。測定部で読み取られた映像が、データ処理部で処理されることで、測定対象物の形状が導き出される。上記制御部と、上記レーザマーカと、上記測定部と、上記データ処理部とを備える形状測定装置が用いられることにより、測定対象物の形状を容易に求めることができる。また、レーザ光を出射するレーザマーカが用いられることにより、例えば暗いところにおける測定対象物の形状を測定することもできる。 As described above, according to the first aspect of the invention, the shape of the measurement object can be easily measured. A signal is transmitted from the control unit to the laser marker. With this signal, the laser marker is irradiated with the laser beam from the laser marker, and a laser line is projected on the measurement object. The image of the laser line projected on the measurement object is read by the measurement unit. The image read by the measurement unit is processed by the data processing unit, whereby the shape of the measurement object is derived. By using a shape measuring apparatus including the control unit, the laser marker, the measurement unit, and the data processing unit, the shape of the measurement object can be easily obtained. Further, by using a laser marker that emits laser light, the shape of the measurement object in a dark place can be measured, for example.
請求項2記載の発明によれば、上記制御部と、上記レーザマーカと、上記測定部と、上記データ処理部とは、一つのものとして相対移動装置に装備され、形状測定装置は、測定対象物に対し、相対移動可能なものとなる。従って、測定対象物全体の形状は、相対移動可能な形状測定装置により、容易に測定できる。また、例えば製造物品などの測定対象物の外観検査工程において、測定対象物に対し、相対移動可能な形状測定装置が用いられることで、測定対象物の形状の連続データを処理することができる。従って、相対移動装置を備える形状測定装置は、外観検査機などに適用可能とされる。 According to the second aspect of the present invention, the control unit, the laser marker, the measurement unit, and the data processing unit are provided as one unit in the relative movement device, and the shape measurement device is a measurement object. On the other hand, relative movement is possible. Therefore, the shape of the whole measurement object can be easily measured by a shape measuring device that can move relative to the object. In addition, for example, in a visual inspection process for a measurement object such as a manufactured article, a shape measuring device that can move relative to the measurement object is used, whereby continuous data of the shape of the measurement object can be processed. Therefore, the shape measuring device including the relative movement device can be applied to an appearance inspection machine or the like.
請求項3記載の発明によれば、測定対象物の測定基準面を正確に測定部に読み取らせることができる。レーザマーカからレーザ光を出射させて、測定対象物の測定基準面にレーザラインを映し出し、このときのレーザラインを基準線として測定部に読み取らせるので、測定対象物の高さ方向の基準を精度よく定めることができる。従って、測定対象物の測定基準面に基づいて、測定対象物の形状を精度よく求めることができる。 According to the third aspect of the invention, the measurement reference plane of the measurement object can be accurately read by the measurement unit. The laser marker is emitted from the laser marker, the laser line is projected on the measurement reference plane of the measurement object, and the measurement line is read as the reference line at this time, so the reference in the height direction of the measurement object can be accurately determined. Can be determined. Therefore, the shape of the measurement object can be accurately obtained based on the measurement reference plane of the measurement object.
請求項4記載の発明によれば、測定対象物の形状を正確に求めることができる。測定対
象物に対し、形状測定装置が相対移動したときに、基準線と、レーザラインとがずらされ、このときの基準線と、レーザラインとの差に基づいて、測定対象物の形状を求めるので、測定対象物の形状を精度よく容易に導き出すことができる。
According to invention of Claim 4, the shape of a measuring object can be calculated | required correctly. When the shape measuring device moves relative to the measurement object, the reference line and the laser line are shifted, and the shape of the measurement object is obtained based on the difference between the reference line and the laser line at this time. Therefore, the shape of the measurement object can be easily derived with high accuracy.
以下に本発明に係る形状測定装置および形状測定方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Embodiments of a shape measuring apparatus and a shape measuring method according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1〜図20は、本発明に係る形状測定装置および形状測定方法の第一の実施形態を示す説明図である。 1-20 is explanatory drawing which shows 1st embodiment of the shape measuring apparatus and shape measuring method which concern on this invention.
形状測定装置1や、測定対象物100(図1〜図8),200(図11〜図18)の各方向などについて説明すると、基部面400側が下側とされ、これの逆側が上側とされる。また、基部面400に沿った方向を「水平方向X」とし、基部面400に対して直交する方向を「垂直方向Y」又は「高さ方向Y」とする。なお、この明細書における「上」、「下」、「水平」、「垂直」、「高さ」の定義は、形状測定装置1や、測定対象物100(図1〜図8),200(図11〜図18)を説明するための便宜上のものとされる。
The direction of the
図1〜図8の如く、この形状測定装置1は、レーザマーカ20に信号を発信する凹凸測定制御部10と、凹凸測定制御部10から発信された信号により、測定対象物100の表面105に対してレーザ光を照射させて、測定対象物100の表面105にレーザラインLLmを映し出すレーザマーカ20と、測定対象物100の表面105に映し出されたレーザラインLLmの映像を読み取るCCDカメラ30と、CCDカメラ30で読み取られた映像に基づいて、測定対象物100の表面105の形状を導き出すデータ処理部40とを備えるものとして構成されている。
As shown in FIG. 1 to FIG. 8, this
映像測定部30とされるCCDカメラ30と、凹凸測定制御部10との間で、各信号の送信または受信が行われる。また、データ処理部40と、凹凸測定制御部10との間で、各信号の送信または受信が行われる。
Each signal is transmitted or received between the
基部面400または測定対象物100の測定基準面110,120に対し、レーザマーカ20から出射されるレーザ光の光軸の角度Aが45°とされるように、略矩形箱状の装置本体51の下側に、レーザマーカ20が取り付けられている。レーザマーカ20から出力されるレーザ光は、形状測定装置1の進行方向V側の斜め下側に向けて出射される。基部面400または測定対象物100の測定基準面110,120に対し、形状測定装置1の進行方向V斜め下側に向けて45°となるように、レーザマーカ20からレーザ光が出射される。形状測定装置1の設計仕様などにより、前記角度Aは、例えば角度50°となるように調整可能なものとされている。
The
また、映像測定部30とされるCCDカメラ30が、基部面400または測定対象物100の測定基準面110,120を正確な平面映像として撮影できるようにするために、CCDカメラ30は、CCDカメラ30の真下の映像を撮影可能な姿勢で、略矩形箱状の装置本体51の下側に取り付けられている。基部面400または測定対象物100の測定基準面110,120に対し、角度Bが90°とされる軸と光軸が一致するように、CCDカメラ30は、略矩形箱状の装置本体51の下側において、真下に向けて装着されている。形状測定装置1の設計仕様などにより、前記角度Bは、調整可能なものとされている。
In addition, in order for the
このような形状測定装置1が用いられることにより、測定対象物100の表面105の
形状は、容易に測定される。凹凸測定制御部10からレーザマーカ20に信号が発信され、この信号により、レーザマーカ20から測定対象物100にレーザ光が照射されて、測定対象物100にレーザラインLLm(図1〜図8)が映し出される。測定対象物100に映し出されたレーザラインLLmの映像は、CCDカメラ30によって読み取られる。CCDカメラ30で読み取られた映像が、データ処理部40で演算処理されることで、測定対象物100の形状が導き出される。上記凹凸測定制御部10と、上記レーザマーカ20と、上記CCDカメラ30と、上記データ処理部40とを備える形状測定装置1が用いられることにより、測定対象物100の形状を容易に求めることができる。また、レーザ光を出射するレーザマーカ20が用いられることにより、例えば暗いところにおける測定対象物100の表面105の形状を測定することもできる。また、レーザラインLLmが映された映像を解析することで、測定対象物100の表面105の形状を計測できるため、少ないデータ量で測定対象物100の形状を測定することができる。
By using such a
「CCD」とは、光の入力に応じて蓄電容量が変化する半導体素子が用いられ、光信号を電気信号に変換するデバイスを意味する。また、「CCD」は、「Charge Coupled Device 」の略称とされる。CCDカメラ30に代えて、例えばMOSを備えるカメラ(30)等の他の撮像手段も使用可能とされる。「MOS」とは、半導体の中で動いている自由電子、又は、自由電子が飛び出した後の正孔の何れかによって、電荷が運搬されるトランジスタを意味する。また、「MOS」は、「Metal Oxide Semiconductor 」の略称とされる。
“CCD” means a device that uses a semiconductor element whose storage capacity changes in response to light input and converts an optical signal into an electrical signal. “CCD” is an abbreviation for “Charge Coupled Device”. Instead of the
図1〜図8においては、形状測定装置1を用いて、凸部150が設けられた測定対象物100の形状を測定する状態が示されているが、例えば図11〜図18の如く、形状測定装置1を用いて、凹部250が設けられた測定対象物200の形状も測定可能とされる。
1 to 8 show a state in which the shape of the measuring
図1の如く、測定対象物100に対し、上記形状測定装置1は、上記凹凸測定制御部10と、上記レーザマーカ20と、上記CCDカメラ30と、上記データ処理部40とを、一つのものとしてまとめて相対移動可能とさせる走行装置50をさらに備えるものとされている。
As shown in FIG. 1, the
これにより、上記凹凸測定制御部10と、上記レーザマーカ20と、上記CCDカメラ30と、上記データ処理部40とは、一つのものとして走行装置50に装備され、形状測定装置1は、測定対象物100に対し、相対移動可能なものとなる(図1〜図8)。従って、測定対象物100全体の形状は、相対移動可能な形状測定装置1により、容易に測定できる。また、例えば製造物品などの測定対象物100の外観検査工程において、測定対象物100に対し、相対移動可能な形状測定装置1が用いられることで、測定対象物100の形状の連続データを処理することができる。従って、走行装置50などの相対移動装置50を備える形状測定装置1は、外観検査機などに適用可能とされる。
As a result, the unevenness
例えば形状測定装置(1)が、外観検査機に適用された場合、製造物品などの測定対象物(100)は、ベルトコンベヤ(図示せず)により搬送されながら、その表面(105)の形状測定が行われる。この場合、不図示のベルトコンベヤが相対移動装置とされる。 For example, when the shape measuring apparatus (1) is applied to an appearance inspection machine, the measurement object (100) such as a manufactured article is measured by measuring the shape of the surface (105) while being conveyed by a belt conveyor (not shown). Is done. In this case, a belt conveyor (not shown) is used as a relative movement device.
図1〜図8,図11〜図18に示す走行装置50は、凹凸測定制御部10と、レーザマーカ20と、CCDカメラ30と、データ処理部40とが装着される略矩形箱状の装置本体51と、この装置本体51の下側に延設され、基部面400とされる床面400に対し装置本体51を移動可能に支える複数の支持部55とを備えるものとして構成されている。支持部55は、略棒状の脚部56と、この脚部56の先に設けられ、床面400に対して転動可能な車輪部57とを備えるものとされている。略矩形箱状の装置本体51の四隅下側に、床面400に対して移動可能な四本の支持部55が設けられているので、形状測
定装置1は、測定対象物100を跨ぎながら、測定対象物100の形状を計測できる。形状測定装置1は、例えば屋外でも使用可能とされ、屋外のものの形状も測定可能とされる。その場合、基部面400は、路面または地面とされ、形状測定装置1は、路面または地面上を走行可能なものとされる。
The traveling
上記形状測定装置1(図1)を用いて、測定対象物100の基準だし作業を行うときの方法について説明する。
A method for performing a reference work of the
先ず、測定対象物100の高さ方向Yの基準とされる測定基準面110,120を定める。ここでは、床面400に置かれた測定対象物100の平面部110,120を、測定対象物100の測定基準面110,120と定める。一側の測定基準面110と、他側の測定基準面120との水平だし作業を行い、一側の測定基準面110と、他側の測定基準面120との水平を合わせる。次に、レーザマーカ20からレーザ光を出射させて、測定対象物100の一側の測定基準面110にレーザラインLLmを映し出す。このときのレーザラインLLm(図1,図9(a))を基準線RLmとしてCCDカメラ30(図1)に読み取らせ、このときの基準線RLmが映された映像データをデータ処理部40に記憶させる。基準線RLmは、仮想基準線RLmとしてデータ処理部40に記憶される。また、仮想基準線RLmは、CCDカメラ30の視界を略二分割させるものとして、CCDカメラ30に記憶される。
First,
このような形状測定方法を行うことにより、測定対象物100の測定基準面110は、正確にCCDカメラ30に読み取られ、データ処理部40に送られると共に記憶される。レーザマーカ20からレーザ光を出射させて、測定対象物100の一側の測定基準面110にレーザラインLLmを映し出し、このときのレーザラインLLmを基準線RLmとしてCCDカメラ30に読み取らせ、読み取られた映像データをデータ処理部40に記憶させるので、測定対象物100の高さ方向Yの基準は、精度よく定められる。従って、測定対象物100の測定基準面110に基づいて、測定対象物100の形状を精度よく求めることができる。
By performing such a shape measurement method, the
上記形状測定装置1(図1)を用いて、測定対象物100の表面105の形状を連続測定するときの方法について説明する。
A method for continuously measuring the shape of the
測定対象物100に対し、形状測定装置1が進行方向Vに沿って相対移動したときに、図2〜図7の如く、仮想基準線RLmと、レーザラインLLmとがずらされる。このときの仮想基準線RLmと、レーザラインLLmとの水平方向Xの差Lmb〜Lmgに基づいて、測定対象物100の形状を求める。仮想基準線RLmと、レーザラインLLmとの水平距離Lmb〜Lmgは、形状測定装置1のデータ処理部40により演算処理される。
When the
このような形状測定方法を行うことにより、測定対象物100の形状は、正確に求められる。測定対象物100に対し、形状測定装置1が進行方向Vに沿って相対移動したときに、仮想基準線RLmと、レーザラインLLmとがずらされ、このときの仮想基準線RLmと、レーザラインLLmとの水平方向Xの差Lmb〜Lmgに基づき、データ処理部40によって、測定対象物100の形状を求めるので、測定対象物100の形状を精度よく容易に導き出すことができる。
By performing such a shape measuring method, the shape of the measuring
基部面400または測定対象物100の測定基準面110,120に対し、レーザマーカ20から出射されるレーザ光の光軸の角度Aが45°とされるように、略矩形箱状の装置本体51の下側に、レーザマーカ20が取り付けられ、且つ、基部面400または測定対象物100の測定基準面110,120に対し、角度Bが90°とされる軸と光軸が一致するように、CCDカメラ30が、略矩形箱状の装置本体51の下側において、真下に
向けて装着されているので、例えば図3の如く、測定基準面110と、凸部150上に映し出されたレーザラインLLmとの垂直方向Yの差Hmcは、仮想基準線RLmと、レーザラインLLmとの水平方向Xの差Lmcに等しいものとなる。従って、前記垂直方向Yの差Hmcは、前記水平方向Xの差Lmcから容易に求められる。また、CCDカメラ30は、レーザマーカ20から出射されて測定対象物100に照射されたレーザラインLLmを常に追尾するものとされている。
The
測定対象物100の表面105の形状測定方法について詳しく説明する。形状測定装置1(図1〜図8)のレーザマーカ20からレーザ光が出射されて、測定対象物100の表面105にレーザラインLLmが映し出される。レーザマーカ20を備える形状測定装置1は、進行方向Vに沿って一定速度で走行され、レーザラインLLmは、進行方向Vに沿って一定速度で走行される形状測定装置1のCCDカメラ30により撮影される。このようにして、測定対象物100の表面105の形状が連続測定される。
A method for measuring the shape of the
床面400(図1)に置かれた測定対象物100に対し、形状測定装置1が移動されるときに、先ず、レーザラインLLmは、測定対象物100の一端部101から凸部150の始端部151まで、一側の測定基準面110上を移動する。次に、レーザラインLLmは、凸部150の始端部151から凸部150の頂部155まで、凸部150の一側面130上を移動する(図2〜図6)。
When the
図2の如く、測定対象物100の凸部150の一側面130にレーザラインLLmが映し出されたときに、凸部150の一側面130上の仮想基準線RLmと、凸部150の一側面130上に映し出されたレーザラインLLmとの水平方向Xの差Lmb(図2,図9(b))が、CCDカメラ30(図2)で映し出された映像により、データ処理部40にて求められる。この水平方向Xの差Lmbは、測定基準面110と、凸部150の一側面130上に映し出されたレーザラインLLmとの垂直方向Yの差Hmbに等しいものとされる。この垂直方向Yの差Hmbは、測定基準面110に対し、凸部150の一側面130上に映し出されたレーザラインLLmの高さHmbとされる。従って、凸部150の一側面130上の仮想基準線RLmと、凸部150の一側面130上に映し出されたレーザラインLLmとの水平距離Lmbが求められることにより、凸部150の一側面130上に映し出されたレーザラインLLmの高さHmbが導き出される。
As shown in FIG. 2, when the laser line LLm is projected on one
図3の如く、測定対象物100の凸部150の一側面130にレーザラインLLmが映し出されたときに、凸部150の一側面130上の仮想基準線RLmと、凸部150の一側面130上に映し出されたレーザラインLLmとの水平方向Xの差Lmc(図3,図9(c))が、CCDカメラ30(図3)で映し出された映像により、データ処理部40にて求められる。この水平方向Xの差Lmcは、測定基準面110と、凸部150の一側面130上に映し出されたレーザラインLLmとの垂直方向Yの差Hmcに等しいものとされる。この垂直方向Yの差Hmcは、測定基準面110に対し、凸部150の一側面130上に映し出されたレーザラインLLmの高さHmcとされる。従って、凸部150の一側面130上の仮想基準線RLmと、凸部150の一側面130上に映し出されたレーザラインLLmとの水平距離Lmcが求められることにより、凸部150の一側面130上に映し出されたレーザラインLLmの高さHmcが導き出される。
As shown in FIG. 3, when the laser line LLm is projected on one
図4の如く、測定対象物100の凸部150の一側面130にレーザラインLLmが映し出されたときに、凸部150の頂部155上の仮想基準線RLmと、凸部150の一側面130上に映し出されたレーザラインLLmとの水平方向Xの差Lmd(図4,図9(d))が、CCDカメラ30(図4)で映し出された映像により、データ処理部40にて求められる。この水平方向Xの差Lmdは、測定基準面110と、凸部150の一側面130上に映し出されたレーザラインLLmとの垂直方向Yの差Hmdに等しいものとされ
る。この垂直方向Yの差Hmdは、測定基準面110に対し、凸部150の一側面130上に映し出されたレーザラインLLmの高さHmdとされる。従って、凸部150の頂部155上の仮想基準線RLmと、凸部150の一側面130上に映し出されたレーザラインLLmとの水平距離Lmdが求められることにより、凸部150の一側面130上に映し出されたレーザラインLLmの高さHmdが導き出される。
As shown in FIG. 4, when the laser line LLm is projected on one
図5の如く、測定対象物100の凸部150の一側面130にレーザラインLLmが映し出されたときに、凸部150の他側面140上の仮想基準線RLmと、凸部150の一側面130上に映し出されたレーザラインLLmとの水平方向Xの差Lme(図5,図9(e))が、CCDカメラ30(図5)で映し出された映像により、データ処理部40にて求められる。この水平方向Xの差Lmeは、測定基準面110と、凸部150の一側面130上に映し出されたレーザラインLLmとの垂直方向Yの差Hmeに等しいものとされる。この垂直方向Yの差Hmeは、測定基準面110に対し、凸部150の一側面130上に映し出されたレーザラインLLmの高さHmeとされる。従って、凸部150の他側面140上の仮想基準線RLmと、凸部150の一側面130上に映し出されたレーザラインLLmとの水平距離Lmeが求められることにより、凸部150の一側面130上に映し出されたレーザラインLLmの高さHmeが導き出される。
As shown in FIG. 5, when the laser line LLm is projected on one
図6の如く、測定対象物100の凸部150の頂部155にレーザラインLLmが映し出されたときに、凸部150の他側面140上の仮想基準線RLmと、凸部150の頂部155上に映し出されたレーザラインLLmとの水平方向Xの差Lmf(図6,図9(f))が、CCDカメラ30(図6)で映し出された映像により、データ処理部40にて求められる。この水平方向Xの差Lmfは、測定基準面110と、凸部150の頂部155上に映し出されたレーザラインLLmとの垂直方向Yの差Hmfに等しいものとされる。この垂直方向Yの差Hmfは、測定基準面110に対し、凸部150の頂部155上に映し出されたレーザラインLLmの高さHmfとされる。従って、凸部150の他側面140上の仮想基準線RLmと、凸部150の頂部155上に映し出されたレーザラインLLmとの水平距離Lmfが求められることにより、凸部150の頂部155上に映し出されたレーザラインLLmの高さHmfが導き出される。このときのレーザラインLLmの高さHmfは、凸部150の頂部155の高さHmfとされる。
As shown in FIG. 6, when the laser line LLm is projected on the top 155 of the
その後、図7の如く、レーザラインLLmは、凸部150の頂部155から凸部150の終端部152まで、凸部150の他側面140上を移動する。測定対象物100の凸部150の他側面140にレーザラインLLmが映し出されたときに、凸部150の他側面140上の仮想基準線RLmと、凸部150の他側面140上に映し出されたレーザラインLLmとの水平方向Xの差Lmg(図7,図9(g))が、CCDカメラ30(図7)で映し出された映像により、データ処理部40にて求められる。この水平方向Xの差Lmgは、測定基準面110と、凸部150の他側面140上に映し出されたレーザラインLLmとの垂直方向Yの差Hmgに等しいものとされる。この垂直方向Yの差Hmgは、測定基準面110に対し、凸部150の他側面140上に映し出されたレーザラインLLmの高さHmgとされる。従って、凸部150の他側面140上の仮想基準線RLmと、凸部150の他側面140上に映し出されたレーザラインLLmとの水平距離Lmgが求められることにより、凸部150の他側面140上に映し出されたレーザラインLLmの高さHmgが導き出される。
Thereafter, as shown in FIG. 7, the laser line LLm moves on the
その後、図8の如く、レーザラインLLmは、凸部150の終端部152から測定対象物100の他端部102まで、他側の測定基準面120上を移動する。測定対象物100の他側の測定基準面120にレーザラインLLmが映し出されたときに、測定基準面120上の仮想基準線RLmと、測定基準面120上に映し出されたレーザラインLLmとが一致する(図8,図9(h))。一側の測定基準面110(図8)と、他側の測定基準面
120とは、同じ高さの水平面とされていることを確認できる。
Thereafter, as shown in FIG. 8, the laser line LLm moves on the
CCDカメラ30(図1〜図8)が撮影した画像(図9(a)〜(h))において、CCDカメラ30の進行方向V(図1〜図8)の側を画像の上側とし、これと逆の方向を画像の下側とする。なお、CCDカメラ30が撮影した画像(図9(a)〜(h))の「上」、「下」の定義は、画像を説明するための便宜上のものとされる。CCDカメラ30が撮影した画像において、図9(b)〜(g)の如く、仮想基準線RLmよりも下側にレーザラインLLmが映し出されたときに、データ処理部40は、略凸状の形状物を測定しているものと判断する(図2〜図7)。従って、レーザ光を用いて、略凸状の高さ寸法を測定することができる。また、このようなことを応用して、例えば複雑な突出形状のものも計測可能とされる(図10)。
In the images (FIGS. 9A to 9H) taken by the CCD camera 30 (FIGS. 1 to 8), the side of the
形状測定装置1が走行しているときに、CCDカメラ30によって撮影された時系列の連続データが、データ処理部40に送られて、測定対象物100の表面105の形状が計測される。また、形状測定装置1(図1〜図8)は、時間軸と、測定対象物100の表面105の形状とを、再現させることが可能なものとされている。
While the
上記形状測定装置1(図11)を用いて、他の測定対象物200の基準だし作業を行うときの方法について説明する。
A method for performing a reference work of another
先ず、測定対象物200の高さ方向Yの基準とされる測定基準面210,220を定める。床面400に置かれた測定対象物200の平面部210,220を、測定対象物200の測定基準面210,220と定める。一側の測定基準面210と、他側の測定基準面220との水平だし作業を行い、一側の測定基準面210と、他側の測定基準面220との水平を合わせる。次に、レーザマーカ20からレーザ光を出射させて、測定対象物200の一側の測定基準面210にレーザラインLLnを映し出す。このときのレーザラインLLn(図11,図19(a))を基準線RLnとしてCCDカメラ30(図11)に読み取らせ、このときの基準線RLnが映された映像データをデータ処理部40に記憶させる。基準線RLnは、仮想基準線RLnとしてデータ処理部40に記憶される。また、仮想基準線RLnは、CCDカメラ30の視界を略二分割させるものとして、CCDカメラ30に記憶される。
First,
このような形状測定方法を行うことにより、測定対象物200の測定基準面210は、正確にCCDカメラ30に読み取られ、データ処理部40に送られると共に記憶される。レーザマーカ20からレーザ光を出射させて、測定対象物200の一側の測定基準面210にレーザラインLLnを映し出し、このときのレーザラインLLnを基準線RLnとしてCCDカメラ30に読み取らせ、読み取られた映像データをデータ処理部40に記憶させるので、測定対象物200の高さ方向Yの基準は、精度よく定められる。従って、測定対象物200の測定基準面210に基づいて、測定対象物200の形状を精度よく求めることができる。
By performing such a shape measurement method, the
上記形状測定装置1(図11)を用いて、測定対象物200の表面205の形状を連続測定するときの方法について説明する。
A method for continuously measuring the shape of the
測定対象物200に対し、形状測定装置1が進行方向Vに沿って相対移動したときに、図12〜図17の如く、仮想基準線RLnと、レーザラインLLnとがずらされる。このときの仮想基準線RLnと、レーザラインLLnとの水平方向Xの差Lnb〜Lngに基づいて、測定対象物200の形状を求める。仮想基準線RLnと、レーザラインLLnとの水平距離Lnb〜Lngは、形状測定装置1のデータ処理部40により演算処理される。
When the
このような形状測定方法を行うことにより、測定対象物200の形状は、正確に求められる。測定対象物200に対し、形状測定装置1が進行方向Vに沿って相対移動したときに、仮想基準線RLnと、レーザラインLLnとがずらされ、このときの仮想基準線RLnと、レーザラインLLnとの水平方向Xの差Lnb〜Lngに基づき、データ処理部40によって、測定対象物200の形状を求めるので、測定対象物200の形状を精度よく容易に導き出すことができる。
By performing such a shape measuring method, the shape of the measuring
測定対象物200の表面205の形状測定方法について詳しく説明する。形状測定装置1(図11〜図18)のレーザマーカ20からレーザ光が出射されて、測定対象物200の表面205にレーザラインLLnが映し出される。レーザマーカ20を備える形状測定装置1は、進行方向Vに沿って一定速度で走行され、レーザラインLLnは、進行方向Vに沿って一定速度で走行される形状測定装置1のCCDカメラ30により撮影される。このようにして、測定対象物200の表面205の形状が連続測定される。
A method for measuring the shape of the
床面400(図11)に置かれた測定対象物200に対し、形状測定装置1が移動されるときに、先ず、レーザラインLLnは、測定対象物200の一端部201から凹部250の始端部251まで、一側の測定基準面210上を移動する。次に、レーザラインLLnは、凹部250の始端部251から凹部250の底部255まで、凹部250の一側面230上を移動する(図12,図13)。
When the
図12の如く、測定対象物200の凹部250の一側面230にレーザラインLLnが映し出されたときに、凹部250の一側面230上の仮想基準線RLnと、凹部250の一側面230上に映し出されたレーザラインLLnとの水平方向Xの差Lnb(図12,図19(b))が、CCDカメラ30(図12)で映し出された映像により、データ処理部40にて求められる。この水平方向Xの差Lnbは、測定基準面210と、凹部250の一側面230上に映し出されたレーザラインLLnとの垂直方向Yの差Dnbに等しいものとされる。この垂直方向Yの差Dnbは、測定基準面210に対し、凹部250の一側面230上に映し出されたレーザラインLLnの深さDnbとされる。従って、凹部250の一側面230上の仮想基準線RLnと、凹部250の一側面230上に映し出されたレーザラインLLnとの水平距離Lnbが求められることにより、凹部250の一側面230上に映し出されたレーザラインLLnの深さDnbが導き出される。
As shown in FIG. 12, when the laser line LLn is projected on one
図13の如く、測定対象物200の凹部250の底部255にレーザラインLLnが映し出されたときに、凹部250の一側面230上の仮想基準線RLnと、凹部250の底部255上に映し出されたレーザラインLLnとの水平方向Xの差Lnc(図13,図19(c))が、CCDカメラ30(図13)で映し出された映像により、データ処理部40にて求められる。この水平方向Xの差Lncは、測定基準面210と、凹部250の底部255上に映し出されたレーザラインLLnとの垂直方向Yの差Dncに等しいものとされる。この垂直方向Yの差Dncは、測定基準面210に対し、凹部250の底部255上に映し出されたレーザラインLLnの深さDncとされる。従って、凹部250の一側面230上の仮想基準線RLnと、凹部250の底部255上に映し出されたレーザラインLLnとの水平距離Lncが求められることにより、凹部250の底部255上に映し出されたレーザラインLLnの深さDncが導き出される。このときのレーザラインLLnの深さDncは、凹部250の底部255の深さDncとされる。
As shown in FIG. 13, when the laser line LLn is projected on the
その後、図14〜図17の如く、レーザラインLLnは、凹部250の底部255から凹部250の終端部252まで、凹部250の他側面240上を移動する。
Thereafter, as shown in FIGS. 14 to 17, the laser line LLn moves on the
図14の如く、測定対象物200の凹部250の他側面240にレーザラインLLnが
映し出されたときに、凹部250の一側面230上の仮想基準線RLnと、凹部250の他側面240上に映し出されたレーザラインLLnとの水平方向Xの差Lnd(図14,図19(d))が、CCDカメラ30(図14)で映し出された映像により、データ処理部40にて求められる。この水平方向Xの差Lndは、測定基準面210と、凹部250の他側面240上に映し出されたレーザラインLLnとの垂直方向Yの差Dndに等しいものとされる。この垂直方向Yの差Dndは、測定基準面210に対し、凹部250の他側面240上に映し出されたレーザラインLLnの深さDndとされる。従って、凹部250の一側面230上の仮想基準線RLnと、凹部250の他側面240上に映し出されたレーザラインLLnとの水平距離Lndが求められることにより、凹部250の他側面240上に映し出されたレーザラインLLnの深さDndが導き出される。
As shown in FIG. 14, when the laser line LLn is projected on the
図15の如く、測定対象物200の凹部250の他側面240にレーザラインLLnが映し出されたときに、凹部250の底部255上の仮想基準線RLnと、凹部250の他側面240上に映し出されたレーザラインLLnとの水平方向Xの差Lne(図15,図19(e))が、CCDカメラ30(図15)で映し出された映像により、データ処理部40にて求められる。この水平方向Xの差Lneは、測定基準面210と、凹部250の他側面240上に映し出されたレーザラインLLnとの垂直方向Yの差Dneに等しいものとされる。この垂直方向Yの差Dneは、測定基準面210に対し、凹部250の他側面240上に映し出されたレーザラインLLnの深さDneとされる。従って、凹部250の底部255上の仮想基準線RLnと、凹部250の他側面240上に映し出されたレーザラインLLnとの水平距離Lneが求められることにより、凹部250の他側面240上に映し出されたレーザラインLLnの深さDneが導き出される。
As shown in FIG. 15, when the laser line LLn is projected on the
図16の如く、測定対象物200の凹部250の他側面240にレーザラインLLnが映し出されたときに、凹部250の他側面240上の仮想基準線RLnと、凹部250の他側面240上に映し出されたレーザラインLLnとの水平方向Xの差Lnf(図16,図19(f))が、CCDカメラ30(図16)で映し出された映像により、データ処理部40にて求められる。この水平方向Xの差Lnfは、測定基準面210と、凹部250の他側面240上に映し出されたレーザラインLLnとの垂直方向Yの差Dnfに等しいものとされる。この垂直方向Yの差Dnfは、測定基準面210に対し、凹部250の他側面240上に映し出されたレーザラインLLnの深さDnfとされる。従って、凹部250の他側面240上の仮想基準線RLnと、凹部250の他側面240上に映し出されたレーザラインLLnとの水平距離Lnfが求められることにより、凹部250の他側面240上に映し出されたレーザラインLLnの深さDnfが導き出される。
As shown in FIG. 16, when the laser line LLn is projected on the
図17の如く、測定対象物200の凹部250の他側面240にレーザラインLLnが映し出されたときに、凹部250の他側面240上の仮想基準線RLnと、凹部250の他側面240上に映し出されたレーザラインLLnとの水平方向Xの差Lng(図17,図19(g))が、CCDカメラ30(図17)で映し出された映像により、データ処理部40にて求められる。この水平方向Xの差Lngは、測定基準面210と、凹部250の他側面240上に映し出されたレーザラインLLnとの垂直方向Yの差Dngに等しいものとされる。この垂直方向Yの差Dngは、測定基準面210に対し、凹部250の他側面240上に映し出されたレーザラインLLnの深さDngとされる。従って、凹部250の他側面240上の仮想基準線RLnと、凹部250の他側面240上に映し出されたレーザラインLLnとの水平距離Lngが求められることにより、凹部250の他側面240上に映し出されたレーザラインLLnの深さDngが導き出される。
As shown in FIG. 17, when the laser line LLn is projected on the
その後、図18の如く、レーザラインLLnは、凹部250の終端部252から測定対象物200の他端部202まで、他側の測定基準面220上を移動する。測定対象物200の他側の測定基準面220にレーザラインLLnが映し出されたときに、測定基準面2
20上の仮想基準線RLnと、測定基準面220上に映し出されたレーザラインLLnとが一致する(図18,図19(h))。一側の測定基準面210(図18)と、他側の測定基準面220とは、同じ高さの水平面とされていることを確認できる。
Thereafter, as shown in FIG. 18, the laser line LLn moves on the
The virtual reference line RLn on the
CCDカメラ30(図11〜図18)が撮影した画像(図19(a)〜(h))において、CCDカメラ30の進行方向V(図11〜図18)の側を画像の上側とし、これと逆の方向を画像の下側とする。CCDカメラ30が撮影した画像において、図19(b)〜(g)の如く、仮想基準線RLmよりも上側にレーザラインLLmが映し出されたときに、データ処理部40は、略凹状の形状物を測定しているものと判断する(図12〜図17)。従って、レーザ光を用いて、略凹状の深さ寸法を測定することができる。また、このようなことを応用して、例えば複雑な溝形状のものも計測可能とされる(図20)。
In the images (FIGS. 19A to 19H) taken by the CCD camera 30 (FIGS. 11 to 18), the side of the
このように、形状測定装置1は、凸部150(図1〜図8)が設けられた測定対象物100や、凹部250(図11〜図18)が設けられた測定対象物200などの物の凹凸形状を精度よく計測可能な凹凸測定装置1とされている。
Thus, the
図21〜図24は、本発明に係る形状測定装置および形状測定方法の第二の実施形態を示す説明図である。 FIGS. 21-24 is explanatory drawing which shows 2nd embodiment of the shape measuring apparatus and shape measuring method which concern on this invention.
図21,図23の如く、この形状測定装置2は、一対のレーザマーカ20,20に信号を発信する凹凸測定制御部10と、凹凸測定制御部10から発信された信号により、測定対象物600(図21),700(図23)の表面605(図21),705(図23)に対してレーザ光を照射させて、測定対象物600,700にレーザラインLLmを映し出す一対のレーザマーカ20,20と、測定対象物600,700の表面605,705に映し出されたレーザラインLLmの映像を読み取る一対のCCDカメラ30,30と、一対のCCDカメラ30,30で読み取られた映像に基づいて、測定対象物600,700の形状を導き出すデータ処理部40とを備えるものとして構成されている。この形状測定装置2は、中空レール(図示せず)に移動可能に懸架されている。
As shown in FIG. 21 and FIG. 23, the shape measuring apparatus 2 includes an unevenness
基部面または測定対象物600,700の測定基準面610,620,710,720に対し、レーザマーカ20,20から出射されるレーザ光の光軸の角度Aが45°とされるように、略矩形箱状の装置本体551の下側に、一対のレーザマーカ20,20が取り付けられている。一方のレーザマーカ20から出力されるレーザ光は、形状測定装置2の進行方向V側の斜め下側に向けて出射される。基部面または測定対象物600,700の測定基準面610,620,710,720に対し、形状測定装置2の進行方向V斜め下側に向けて45°となるように、一方のレーザマーカ20からレーザ光が出射される。
The base surface or the
また、他方のレーザマーカ20から出力されるレーザ光は、形状測定装置2の進行方向Vと逆側の斜め下側に向けて出射される。基部面または測定対象物600,700の測定基準面610,620,710,720に対し、形状測定装置2の進行方向Vと逆側の斜め下側に向けて45°となるように、他方のレーザマーカ20からレーザ光が出射される。形状測定装置2の設計仕様などにより、前記角度Aは、例えば角度50°となるように調整可能なものとされている。
Further, the laser beam output from the
このような形状測定装置2が用いられることにより、測定対象物600,700の表面605,705の形状を精度よく測定することができる。形状測定装置2を構成する装置本体551の前後下側に、レーザ光を出射する一対のレーザマーカ20,20と、測定対象物600,700の表面605,705に映し出されたレーザラインLLmの映像を読み取る一対のCCDカメラ30,30とが設けられているので、測定対象物600,70
0の表面605,705の形状は、精度よく測定される。
By using such a shape measuring apparatus 2, the shape of the
The shape of the zero
図21の如く、別の測定対象物600に設けられた膨出部650の表面605の形状は、二つのレーザラインLLp,LLq(図21,図22)と、二つの仮想基準線RLp,RLqとにより、正確に計測される。また、図23の如く、その他の測定対象物700に設けられた切欠部750の表面705の形状は、二つのレーザラインLLr,LLs(図23,図24)と、二つの仮想基準線RLr,RLsとにより、正確に計測される。図21および図23に示されるものにおいて、図1〜図8,図11〜図18に示すものと同じものについては、同じ符号を付しその詳細な説明を省略した。
As shown in FIG. 21, the shape of the
本発明の形状測定装置は、図示されたものに限定されるものではない。例えば、図1〜図8,図11〜図18に示す形状測定装置1や、図22,図24に示す形状測定装置2が、レーザ光により、各位置決め作業を実行できるレーザ墨出し機に適用されたものも使用可能とされる。また、例えば、図1〜図8,図11〜図18に示す形状測定装置(1)が、中空レール(図示せず)に移動可能に懸架されたものも使用可能とされる。また、例えば形状測定装置(1),(2)をNC(図示せず)に適用すれば、不図示のNCにより加工された工作物(図示せず)の3D外形をコピーすることができる。「NC」とは、工作機械などを自動的に制御させる方式のものを意味する。また、「NC」とは、製品(図示せず)の特性を数値に変換させ、コンピュータ制御を行う方式のものを意味する。「NC」は、「Numerical Control 」の略称とされる。また、3D(three dimensional )は、三次元のものや、立体的なものに対する表現とされている。また、例えば形状測定装置1を用いて、立体コピー用の画像をスキャンすることもできる。「スキャン」とは、細かく調べること等を意味する。本発明のものは、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更可能なものとされる。
The shape measuring apparatus of the present invention is not limited to the illustrated one. For example, the
1,2 凹凸測定装置(形状測定装置)
10 凹凸測定制御部(制御部)
20 レーザマーカ
30 CCDカメラ(測定部)
40 データ処理部
50 走行装置(相対移動装置)
51,551 装置本体
55 支持部
56 脚部
57 車輪部
100 測定対象物
101,201 一端部
102,202 他端部
105,205,605,705 表面
110,120,210,220,610,620,710,720 平面部(測定基準面)
130,230 一側面
140,240 他側面
150 凸部
151,251 始端部
152,252 終端部
155 頂部
200 他の測定対象物(測定対象物)
250 凹部
255 底部
400 床面(基部面)
600 別の測定対象物(測定対象物)
650 膨出部(凸部)
700 その他の測定対象物(測定対象物)
750 切欠部(凹部)
A,B 角度
Dnb〜Dng 深さ(差)
Hmb〜Hmg 高さ(差)
LLm〜LLs レーザライン
Lmb〜Lmg,Lnb〜Lng 水平距離(差)
RLm〜RLs 仮想基準線(基準線)
V 進行方向
X 水平方向
Y 高さ方向(垂直方向)
1, 2 Concavity and convexity measuring device (shape measuring device)
10 Concavity and convexity measurement control unit (control unit)
20
40
51,551 Device
130, 230 One
250 Recessed
600 Another measurement object (measurement object)
650 bulge (convex)
700 Other measurement objects (measurement objects)
750 Notch (recess)
A, B angle Dnb to Dng depth (difference)
Hmb to Hmg Height (difference)
LLm to LLs Laser line Lmb to Lmg, Lnb to Lng Horizontal distance (difference)
RLm to RLs Virtual reference line (reference line)
V Traveling direction X Horizontal direction Y Height direction (vertical direction)
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- 2004-08-25 JP JP2004245489A patent/JP2006064463A/en active Pending
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