JP2007078486A - 物体形状検査装置及び物体形状検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 被測定物（例えば自動車用ガラス又はその検査用枠材）の形状を高精度に検査することができる物体形状検査装置の提供。
【解決手段】 被測定物の２点以上の測定点についての少なくとも鉛直方向に関する位置情報を、接触方式又は非接触方式の測定手段を用いて取得する物体形状検査装置６０において、被測定物の各測定点に対応する各測定位置に、測定手段を案内する案内機構６６と、測定手段６２ｂの測定データを、測定手段の水面に対する移動軌跡に関する事前取得情報に基づいて補正して、各測定点の鉛直方向の位置情報を生成するデータ処理装置８０と、を備えることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、被測定物（例えば自動車用ガラス又はその検査用枠材）の形状（例えば曲率）を検査する物体形状検査装置及び物体形状検査方法及び物体形状検査方法に関する。

従来から、板状材の形状を検査するための形状検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この種の形状検査装置は、型枠に正規の板ガラス、即ちマスターガラスの外形及び曲率に合わせて曲面が形成され、この曲面にマスターガラスの外側のトリム線が描かれている。検査対象となる板ガラスは、トリム線に合うように形状検査装置上に位置決めされ、外形や曲率が検査される。尚、形状の検査は、例えば位置決めされた板ガラスと型枠の曲面と間の距離をトランスゲージで測定することにより行われる。
特開平４−２４２１０３号公報

ところで、板状材の最終製品の外形ないし曲率は、厳しい許容公差で管理されることが多いため、それに応じて高い精度で測定される必要がある。このため、板状材の形状検査装置（例えば型枠の曲面）に対しても、正確にマスターガラスの外形及び曲率（例えばＣＡＤデータ）に一致しているかどうかが、定期的に検査される必要がある。これは、型枠は、経時的又は頻繁な使用により変形が生じうるためである。この種の検査は、一般的に、水平が保証された定盤上に形状検査装置の型枠を設置し、定盤を基準として型枠上の所定点の位置情報を取得し、取得した位置情報を正規形状データと比較することにより行われる。

しかしながら、定盤を用いる検査方法では、定盤自体の水平度を定期的に検査する必要があり、定盤自体が高価であるのに加えて、大型であるため容易に移動できなかったり、メインテナンスコストが無視できなかったりといった問題点がある。また、形状検査装置自体を定盤に対して正確に位置決めする作業も必要である。

そこで、本発明は、定盤を用いることなく（又は、定盤の水平面を利用することなく）被測定物（例えば自動車用ガラス又はその検査用枠材）の形状を高精度に検査することができる物体形状検査装置及び物体形状検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を解決するため、第１の発明は、被測定物の２点以上の測定点についての少なくとも鉛直方向に関する位置情報を、接触方式又は非接触方式の測定手段を用いて取得する物体形状検査装置において、
被測定物の各測定点に対応する各測定位置に、測定手段を案内する案内機構と、
測定手段の測定データを、測定手段の水面に対する移動軌跡に関する事前取得情報に基づいて補正して、各測定点の鉛直方向の位置情報を生成するデータ処理装置と、を備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明に係る物体形状検査装置において、前記測定手段の水面に対する移動軌跡に関する情報は、
前記測定手段の移動空間よりも下方に、水を張ったトレイを設置し、測定手段の搭載位置周辺に固定された測距手段を、前記案内機構を用いてトレイ上の空間内を移動させ、所定の各移動位置における水面の鉛直方向の距離を測定することで、
事前に取得されることを特徴とする。

第３の発明は、第１の発明に係る物体形状検査装置において、前記データ処理装置は、少なくとも３点以上の基準となる測定点に係る測定データを、前記事前取得情報に基づいて補正し、該補正した測定データと、該基準点に係る既知の正規位置データとに基づいて、他の測定点に係る測定データを補正し、被測定物の略水平な設置台に対する傾きの誤差が補償された位置情報を生成することを特徴とする。

第４の発明は、案内機構を用いて、被測定物の各測定点に対応する各測定位置に接触方式又は非接触方式の測定手段を案内し、被測定物の２点以上の測定点についての少なくとも鉛直方向に関する位置情報を取得する物体形状検査方法において、
測定手段の移動空間よりも下方に、水を張ったトレイを設置するステップと、
測定手段の搭載位置周辺に固定された測距手段を、前記案内機構を用いてトレイ内の水面上の空間内を移動させ、所定の各移動位置における水面の鉛直方向の距離を測定する水面測定ステップと、
前記水面測定ステップ後、トレイを除去して被測定物をセットし、被測定物の各測定点に対応する各測定位置に測定手段を案内し、各測定点に対する測定データを取得する本測定ステップと、
前記本測定ステップで取得された測定データを、前記水面測定ステップで取得された水面測定データに基づいて補正して、各測定点の鉛直方向の位置情報を生成するステップと、を備えることを特徴とする。

第１の発明によれば、測定手段の測定データを、測定手段の水面に対する移動軌跡に関する事前取得情報に基づいて補正して、各測定点の鉛直方向の位置情報を生成するので、定盤を用いることなく（又は、定盤の水平面を利用することなく）測定手段により被測定物の形状を高精度に検査することができる。

第２の発明によれば、測定手段の水面に対する移動軌跡に関する事前取得情報は、水を張ったトレイと測距手段を設置するだけで、容易且つ低コストに取得することができ、メインテナンスコストが少なくて済む。

第３の発明によれば、被測定物の略水平な設置台に対する傾きの誤差が補償された位置情報が生成されるので、測定時に被測定物を設置台に対して正確に位置決めする必要がなくなる。

第４の発明によれば、測定時に被測定物が設置台に対する正確に位置決めされていなくても、測定手段により被測定物の形状を高精度に検査することができる。

第５の発明によれば、第1の発明同様に、定盤を用いることなく（又は、定盤の水平面を利用することなく）測定手段により被測定物の形状を高精度に検査することができる。

以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。

図１は、板状材５０の３次元座標測定装置１０を示す斜視図である。３次元座標測定装置１０は、板状材５０のいわゆる面内寸法（すなわち板状材５０の表面に事前に設定された点における３次元座標）や外形等を検査するための装置である。即ち、製造された板状材５０は、３次元座標測定装置１０を用いて、曲率や外形等が所定の許容公差内であるか否かを検査される。板状材５０は、ガラスや樹脂板等、曲率等の検査が必要な板状の製造品であれば如何なるものであってもよい。尚、板状材５０は、典型的には自動車用板ガラスであるが、その他の用途の板ガラスであってもよい。

３次元座標測定装置１０は、型枠１３を備える。型枠１３は、例えばエポキシ樹脂等のプラスティック材料または木材等により作られる。型枠１３は、板状材５０の外形に応じた外枠形状を有し、台座１８から上方に立設される支持脚２０により、台座１８よりも高い位置に支持される。型枠１３には、検査時に載置される板状材５０の縁部表面を支持する支持面１２が形成される。支持面１２は、板状材５０の縁部表面の正規形状データ（ＣＡＤデータ）を用いて、板状材５０の縁部表面に沿うように制作される。即ち、支持面１２は、板状材５０の正規形状の曲率と同じ曲率になるように形成される。型枠１３の支持面１２には、板状材５０の外形（エッジライン）に応じたトリムライン２２が描かれている。また、型枠１３の支持面１２には、所定の測定点Ｍ（後述）の凡その位置を指示するための目印１５が描かれている。なお、目印１５はテストのために設けたに過ぎないため必ずしも設ける必要はない。また、本例では、測定点Ｍはトリムライン２２上に設定される。

検査時、板状材５０は、トリムライン２２に対して所定のオフセットをもって位置決めされる。この位置決めは、自動的に又は人手により実行されてよい。この際、板状材５０の外形の製造誤差が、板状材５０の外形とトリムライン２２との関係に基づいて、自動的に又は人目により検査される。また、板状材５０の曲率の製造誤差が、板状材５０の被支持表面（縁部表面）と型枠１３の支持面１２との関係（例えば面沿いの距離）に基づいて、自動的に又は人目により検査される。尚、自動的な曲率検査は、例えば支持面１２におけるトリムライン２２より内側にセットされた差動トランスゲージの出力値に基づいて実現されてよい。

この３次元座標測定装置１０の検査精度、特に型枠１３の支持面１２の形状（特に曲率）は、板状材５０が厳しい許容公差で管理される場合には特に、高い精度で維持されることが要求され、それ故に、型枠１３の支持面１２の正規形状データに対する誤差が、定期的に検査される必要がある。３次元座標測定装置１０に対する検査は、以下で詳説する物体形状検査装置６０により実現される。

図２は、３次元座標測定装置１０に対する検査装置、即ち本発明に係る物体形状検査装置６０を示す斜視図である。

物体形状検査装置６０は、測定ユニット６２と、測定ユニット６２を３軸方向に案内可能なＸＹＺ軸移動装置（案内手段）６６とを含む。図示のＸＹＺ軸移動装置６６は、互いに直交する関係で、Ｘ方向に延在するＸ軸フレーム６６ｘと、Ｙ方向に延在するＹ軸フレーム６６ｙと、Ｚ方向に延在するＺ軸フレーム６６ｚとを含む。なお、ＸＹＺの3軸の他に、さらにもう1軸（Ｚ軸の角度に関する自由度）付加することで測定精度を向上させることができる。

Ｙ軸フレーム６６ｙは、支持脚６４により支持される。Ｘ軸フレーム６６ｘは、左右のＹ軸フレーム６６ｙにＹ方向に移動可能に支持される。物体形状検査装置６０は、Ｘ軸フレーム６６ｘ及びＹ軸フレーム６６ｙが略水平になるように設置される。但し、Ｘ軸フレーム６６ｘ及びＹ軸フレーム６６ｙのなす面の水平度については高い精度は要求されない。Ｚ軸フレーム６６ｚはＸ軸フレーム６６ｘに対してＸ方向に移動可能に支持され、測定ユニット６２はＺ軸フレーム６６ｚに対してＺ方向に移動可能に支持されている。この各部材６６ｘ、６６ｚ及び測定ユニット６２の移動、即ち測定ユニット６２の３軸方向の案内は、コンピューター端末７０のよる制御下で、図示しないアクチュエータ（駆動ユニット）が発生する駆動力により実現される。尚、各フレーム６６ｘ、６６ｙ、６６ｚの各種寸法は、各種被測定物（３次元座標測定装置１０）の大きさに応じて適切に決定される。

コンピューター端末８０は、例えば、各種処理を行うＣＰＵ、制御プログラム等の各種データを格納するＲＯＭ、演算結果等を格納する読書き可能なＲＡＭ、タイマ、カウンタ、入力インターフェイス、及び出力インターフェイス等を有する。

コンピューター端末８０は、以下で詳説するように、測定ユニット６２の移動を制御すると共に（即ち、被測定物（３次元座標測定装置１０の型枠１３）に対する測定ユニット６２の３次元位置を制御すると共に）、測定ユニット６２から得られる測定データ（後述の測定手段６２ｂの測定データ）を処理して、被測定物（型枠１３）の所定の測定点Ｍについての位置情報を生成する。

測定ユニット６２は、測定点Ｍの鉛直方向の位置を、接触方式又は非接触方式で測定する測定手段６２ｂを有する。図３は、測定実施中の測定ユニット６２の状態を概略的に示す斜視図である。

図３に示す実施例では、測定ユニット６２の測定手段６２ｂは、差動トランス方式の接触式変位計である。また、測定ユニット６２は、型枠１３の測定点Ｍ付近を撮像するカメラ６２ａを有する。カメラ６２ａで得た画像は、コンピューター端末８０の画像処理部で処理され、接触式変位計と測定点Ｍとの位置関係が画像認識される。測定ユニット６２は、画像認識結果に基づいて、測定点Ｍ（本例ではトリムライン２２上の点）に接触式変位計の可動鉄心の先端（接触子）が正確に接触するように３次元位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ座標）が制御される。

尚、図３に示す実施例では、測定手段６２ｂは、可動鉄心の位置に応じた交流電圧を発生する差動トランス方式の接触式変位計であるが、その他の接触子機の変位計（例えばダイヤルゲージ等）や、非接触式の変位計（例えば、ソナーセンサやレーザーセンサ、静電容量センサ等）が用いられてもよい。この場合も、測定ユニット６２は、非接触式の変位計が測定点Ｍに対応した位置に来るように（例えば、測定点Ｍに検出波が正確に照射されるように）３次元位置が制御される。

測定ユニット６２は、測定実施時、上述のようにしてコンピューター端末８０による制御下で、ＸＹＺ軸移動装置６６により３次元位置が制御されながら、型枠１３の各測定点Ｍの鉛直方向上方位置に案内される。測定手段６２ｂは、各測定点Ｍの鉛直方向上方位置から、各測定点Ｍに先端が接触して可動鉄心が変位する所定位置（計測位置）まで下降され、各測定点Ｍに対する測定（即ち、変位測定）が実施される。これにより、型枠１３の各測定点Ｍに対する測定手段６２ｂの測定データが取得される。測定手段６２ｂの測定データは、コンピューター端末８０で処理され、各測定点Ｍの位置情報が生成される。尚、この位置情報は、例えばコンピューター端末８０のディスプレイ上に表示されてよく、また、正規形状データに対する誤差として演算・表示されてもよい。

ところで、上述の如く、ＸＹＺ軸移動装置６６は、種々の要因（各フレーム６６ｘ、６６ｙ、６６ｚの製造誤差ないし組み立て誤差、測定ユニット６２の移動時の入力や各フレーム６６ｘ、６６ｙ、６６ｚの自重等に起因した変形・撓み）に起因して、各ｘ、ｙ、ｚ方向の移動軸を完全な直線にすることはできず、従って、測定手段６２ｂの位置は、絶対座標系において高い精度で制御することはできない。即ち、例えば、各フレーム６６ｘ、６６ｙが正確な水平面になるように物体形状検査装置６０を設置し、測定ユニット６２のｚ方向の位置を固定して、測定ユニット６２をｘ及びｙ方向に移動させた場合にも、測定ユニット６２の移動軌跡は水平面に対して撓みないし捩れのある曲面となる（即ち、ＸＹＺ軸移動装置６６で測定手段６２ｂの案内位置を決定するために用いる座標系（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が、直交座標系とならず、また、ＸＹ平面が、実空間では撓みないし捩れを有することになる）。このため、かかる構成では、３次元座標測定装置１０（型枠１３）の３次元形状（特に曲率の誤差）を高精度に測定することができないという不都合がある。

そこで、本実施例では、以下で詳説するように、ＸＹＺ軸移動装置６６による測定ユニット６２（測定手段６２ｂ）の水平面に対する移動軌跡（移動態様）を事前に把握することで、３次元座標測定装置１０（型枠１３）の３次元形状を高精度に測定することを可能とする。

図４は、本実施例により実行される水面測定手順、即ち、ＸＹＺ軸移動装置６６による測定ユニット６２の移動軌跡の水平面に対する相対関係を表す情報を取得するための手順を示すフローチャートである。

先ず、ステップ１００では、水面の測定が可能な測距手段９０が、ＸＹＺ軸移動装置６６にセットされる。この測距手段９０は、例えば光学式（三角測距式）で透明体に対する測距が可能なレーザー変位計や、超音波式で透明体に対する測距が可能な変位計であってよい。測距手段９０は、測定ユニット６２と略同様の移動軌跡で移動されるように（即ち測定ユニット６２の移動軌跡が再現されるように）、測定ユニット６２の近傍に取り付けられる。測距手段９０は、測定ユニット６２を取り外して同位置に取り付けられてもよく（図５参照）、測定ユニット６２自体に取り付けられてもよい。尚、好ましくは、測距手段９０をセットすることによる重量変化が生じないように、測定ユニット６２を取り外す構成は、測距手段９０の重量が測定ユニット６２の重量と同じになるよう調整される。測距手段９０は、測定ユニット６２と同様、無線又は有線でコンピューター端末８０に接続される。

ステップ１１０では、ＸＹＺ軸移動装置６６による測距手段９０の可動空間（≒測定ユニット６２の可動空間）に対して下方に、水を張ったトレイ９２が設置される。この状態は、図５に示される。トレイ９２は、例えば、Ｌ１×Ｌ２の平らなプレート９２ａの縁部に堰９２ｂを立設することで形成される。トレイ９２は、測距手段９０の略全可動空間、即ちｘｙ平面内の略全可動範囲をカバーするような寸法Ｌ１、Ｌ２を有する。これにより、測距手段９０は、各移動位置で、トレイ９２内に張られた水の水面に対して鉛直方向下向きに対向することができる。

ステップ１２０では、測距手段９０が、ＸＹＺ軸移動装置６６によりＺ座標値を固定した状態でｘｙ平面内を移動され、各移動位置（各測定位置）で、水面に対する鉛直方向の距離が測距手段９０により測定される。この水面測定を行う各移動位置は、ｘ及びｙ方向の各方向で適切な分解能で設定される。このようにして取得された水面測定データは、コンピューター端末７０の記憶装置（好ましくは書き換え可能な記憶装置）に記憶される。この際、水面測定データは、各測定値と測距手段９０の各測定位置とが対応付けられた態様で記録される。

図６は、上記ステップ１２０における測距手段９０の移動態様を示す平面図（上面図）である。図６に示す例では、１２００［ｍｍ］×１２００［ｍｍ］のプレート９２ａが用いられており、ｙ方向で１００ｍｍ間隔で設定されたｘ方向の各ラインに沿って測距手段９０が移動される。ｘ方向の移動中には、２０ｍｍ間隔で測距手段９０の出力値が読み取られる。ｘ方向の１ラインが終了すると、ｙ方向に１００ｍｍ間隔で進められる。従って、図６に示す例では、６０×１２の測定位置で出力値（測定値）が読み取られる。尚、本発明は、特にこの測距手段９０の移動態様、即ち水面の走査態様に限定されることは無く、任意の走査方法で水面が走査されてよい。

図７は、上述の水面測定手順により取得される水面測定データを示すグラフである。図７において、横軸は測定位置（ｘ方向）を示し、縦軸は、特定の測定位置での測定値を基準とした各測定位置での測定値の差分を示す。尚、各折れ線は、ｘ方向の各ライン（ｙ方向で１００ｍｍ間隔）で取得された測定値であることを表す。

尚、図７からは、グラフの右側が全体的に下がっていることから、左右のＹ軸フレーム６６ｙの高さが異なることや、ｘ方向の各ラインにより傾きが違うことから、左右のＹ軸フレーム６６ｙが相対的に捩れていることが理解することができる。尚、かかるＸＹＺ軸移動装置６６の誤差要因を完全に無くすことができないことは明らかである。

図７に示すような水面測定データは、ＸＹＺ軸移動装置６６による測距手段９０の移動軌跡（≒測定ユニット６２の移動軌跡）の水面に対する相対関係、即ち、実質的には、ＸＹＺ軸移動装置６６による測距手段９０の移動軌跡の水平面に対する誤差を表す情報と考えることができる。従って、この水面測定データに基づいて、測定ユニット６２の移動軌跡の水平面に対する誤差を補正データとすることで、３次元座標測定装置１０（型枠１３）の３次元形状を高精度に測定することを可能となることが理解できる。

従って、本実施例では、３次元座標測定装置１０（型枠１３）に対する測定実行の際、水面測定データに基づいて、測定ユニット６２の測定データが補正される（以下、この補正を「水平補正」ともいう）。この補正態様は多様でありうる。例えば、ＸＹＺ軸移動装置６６により制御される測定ユニット６２の３次元位置、即ち、測定ユニット６２の各測定位置の３次元位置（特にＺ座標値）が、水面測定データに基づいて補正されてもよい。この場合、測定ユニット６２の各測定位置での測定値は、水平補正が既に反映された測定値となる。或いは、測定ユニット６２の各測定値は、測定ユニット６２の各測定位置のＺ座標と、当該各測定位置（Ｘ、Ｙ座標）に対応する水面測定データとの相関関係に基づいて補正されてもよい。尚、いずれの場合も、測定ユニット６２の測定位置（Ｘ、Ｙ座標）に正確に対応する水面測定データが存在しない場合は（ほとんどの場合がそうであると予想されるが）、当該測定位置周辺の複数の測定位置（測距手段９０の測定位置）で取得された水面測定データに基づいて、当該測定位置での測定値が例えば内挿法ないし補間法により補正されてよい。

尚、本実施例では、後述する如く物体形状検査装置６０（ＸＹＺ軸移動装置６６）に対して任意の姿勢で３次元座標測定装置１０を設置することが許容されるように、適切な分解能で格子状の複数の測定位置で、水面測定データを取得している。しかしながら、物体形状検査装置６０（ＸＹＺ軸移動装置６６）に対して正確に位置決めして３次元座標測定装置１０を設置する検査方法では、測定ユニット６２の測定位置（Ｘ、Ｙ座標）が既知となるので、当該測定ユニット６２の測定位置（Ｘ、Ｙ座標）に対応する水面測定データだけを取得すればよい。

次に、図８以降を参照して、３次元座標測定装置１０（型枠１３）に対する物体形状検査装置６０による測定方法の詳細について説明する。

図８は、３次元座標測定装置１０（型枠１３）に対する物体形状検査装置６０による測定手順を示すフローチャートである。尚、本測定手順の前提として、測定ユニット６２は、上述の水面測定のために取り外しされた場合には物体形状検査装置６０に取り付けられ、また、水が張られたトレイ９２が除去される。

先ず、ステップ２００では、３次元座標測定装置１０が、物体形状検査装置６０に対して設置される。この際、３次元座標測定装置１０は、各測定点ＭがＸＹＺ軸移動装置６６による測定ユニット６２の可動範囲内にある限り、どのような姿勢で配置されてもよい。図９には、物体形状検査装置６０に対して３次元座標測定装置１０が設置された状態が示される。尚、図９に示す例では、３次元座標測定装置１０は略水平のテーブル３０上に載置されているが、３次元座標測定装置１０は、水平面に対して大きく傾いて設置されなければよい。従って、テーブル３０は、水平面が確保された定盤である必要はなく、究極的には、３次元座標測定装置１０は略平らなフロアに直接的に載置されてもよい。

ステップ２１０では、設置された３次元座標測定装置１０の特定情報（例えば型番）がコンピューター端末７０に対して人手により入力される。コンピューター端末７０のＲＯＭには、予め３次元座標測定装置１０の所定データ（例えば、各測定点Ｍの正規位置データ）が記憶されている。コンピューター端末７０内では、３次元座標測定装置１０の特定情報の入力に応答して、設置された３次元座標測定装置１０に係る所定データが読み出され、以後のステップにて利用される。

ステップ２２０では、３次元座標測定装置１０の各測定点Ｍのうちの所定の３点（以下、「基準点Ｍ１」という）に対する測定が実行される（この３点の基準点Ｍ１の好ましい位置については後述する）。具体的には、作業者は、目により測定ユニット６２の基準点Ｍ１に対するおよその位置をチェックしつつ、適切な移動指示をコンピューター端末７０に対して入力し、物体形状検査装置６０の測定ユニット６２が基準点Ｍ１の鉛直方向略上方に来るように、測定ユニット６２を移動させる。その後、カメラ５２ａの画像を用いた自動位置微調整機能により、測定ユニット６２が基準点Ｍ１に対して正確に位置合わせされ、基準点Ｍ１に対する測定が実行される。

ステップ２３０では、基準点Ｍ１に対する測定データが、当該基準点Ｍ１に対する測定位置（Ｘ、Ｙ座標）に対応する水面測定データ、又は、当該測定位置周辺の複数の測定位置（測距手段９０の測定位置）での水面測定データに基づいて、水平補正される。これにより、３点の基準点Ｍ１の位置が、水面測定データに基づいて把握された水平面（以下では、絶対的な水平面に準ずるものとして、「準水平面」という）に対して、把握される。この結果、各基準点Ｍ１の正規位置データに基づいて、設置された３次元座標測定装置１０の姿勢、即ち３次元座標測定装置１０の向きや準水平面に対する傾きが把握される。

本ステップ２３０では、具体的には、先ず、図１０に示すように、上記の如く補正された３点の基準点Ｍ１の位置情報に基づいて、それら３点を含む平面（図中の実線の三角形を含む平面）が演算される。次いで、当該平面（実線の三角形）と、３点の基準点Ｍ１の正規位置データに基づく基準面（図中の破線の三角形を含む平面）との相対関係に基づいて、３次元座標測定装置１０の設置姿勢が把握される。即ち、図１０に示すように、３点の基準点Ｍ１のうちの１点が、正規位置データに基づく当該点に一致し、且つ、その他の２点のＸ、Ｙ座標が一致するように、２つの三角形が位置あわせされる。この位置あわせにより、正規位置データに対する３次元座標測定装置１０の設置姿勢の向きのズレが補償され、３次元座標測定装置１０の準水平面に対する傾きの誤差が、その他の２点のＺ座標のズレとして現れる。このようにして、実線の三角形を含む平面が、基準面に対する３次元座標測定装置１０の傾きのズレを表す“傾き面”として得られる。

尚、本実施例では、他の測定点Ｍの測定は、３次元座標測定装置１０が基準面に対して傾斜した状態で継続される（即ち３次元座標測定装置１０を設置しなおすことなく継続される）。これは、３次元座標測定装置１０の基準面に対する傾きが、次のステップ２４０にて補償されるためである。

ステップ２４０では、他の測定点Ｍの正規位置データが読み出され、上記ステップ２３０で把握された３次元座標測定装置１０の姿勢情報に基づいて、他の測定点Ｍに対する測定ユニット６２の測定位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ座標）が決定される。具体的には、他の測定点Ｍの正規位置データに基づくＸ、Ｙ座標値が、上述の三角形の向きの変化に応じて補正され、次いで、当該補正されたＸ、Ｙ座標値における上記“傾き面”の高さΔｈ（図１０参照）が演算され、当該高さΔｈに応じて、測定点Ｍの正規位置データに基づくＺ座標値が補正される（以下、この補正を「傾き補正」ともいう）。これにより、３次元座標測定装置１０の設置姿勢の誤差が補償された各測定位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ座標）が得られる。尚、測定ユニット６２の測定位置（Ｘ、Ｙ座標）については、３次元座標測定装置１０の基準面に対する傾きが微少である故に、傾きに応じたＸ、Ｙ座標値の補正はなされなくてよい。

ステップ２５０では、上記ステップ２４０で決定された各測定位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ座標）に、測定ユニット６２がＸＹＺ軸移動装置６６により順次案内され、各測定点Ｍに対する測定が順次実行される。

ステップ２６０では、上記ステップ２５０で得られる測定データに基づいて、各測定点の位置情報として生成される。各測定点の鉛直方向の位置情報は、測定による各測定点ＭのＺ座標値（測定データ）と、正規位置データに基づく各測定点ＭのＺ座標値とに基づいて生成され、例えばそれらＺ座標値の差（誤差）として生成されてよい。

例えば、測定手段６２ｂが接触式変位計の場合、測定ユニット６２の測定位置のＺ座標値は、上記ステップ２４０において、例えば、測定点Ｍの正規位置データに基づいて、接触式変位計の所定変位Ｄ１が発生する値に設定される。この場合、ステップ２５０で得られる当該測定点Ｍの測定データ（変位量）と、所定変位Ｄ１との差が、各測定点の位置情報として生成される。また、測定手段６２ｂが非接触式変位計の場合、測定ユニット６２の測定位置のＺ座標値は、測定ユニット６２の測定位置のＺ座標値は、上記ステップ２４０において、例えば、測定点Ｍの正規位置データに基づいて、測定手段６２ｂとの鉛直方向の距離が所定距離Ｄ２となる値に設定される。この場合、ステップ２５０で得られる当該測定点Ｍの測定データ（距離）と、所定距離Ｄ２との差が、各測定点の位置情報として生成される。

このように、本実施例によれば、上述の如く水平補正を行うことで、定盤を用いることなく、水平面を基準として３次元座標測定装置１０（型枠１３）の３次元形状（例えば曲率）を高精度に評価することができる。また、定期的に上述の水面測定手順により水面測定データを取得することで、ＸＹＺ軸移動装置６６の動き等の経時的な変化に対しても容易に対応することができる。この点、定盤を用いる構成では、定盤の水平度を保証するために定盤メーカーによる定期的なメインテナンスを受けなければならず、メインテナンスに要する時間及びコストが大きい。本実施例では、上述の如く水を張ったトレイ９２等を設置するだけでよいため、メインテナンスに要する時間及びコストを非常に小さくすることができる。

また、本実施例によれば、上述の如く傾き補正を行うことで、３次元座標測定装置１０（型枠１３）を物体形状検査装置６０に対して正確に位置決めすることなく、３次元座標測定装置１０（型枠１３）の３次元形状を高精度に評価することができる。従って、３次元座標測定装置１０を物体形状検査装置６０に対して正確に位置決めする作業工程が不要となり、３次元座標測定装置１０の検査に要する手間・時間を大幅に短縮することができる。

図１１は、自動車用板ガラスである板状材５０に対する３次元座標測定装置１０に対する測定結果を示し、上記ステップ２６０で出力される各測定点の位置情報の一例を示すグラフである。縦軸は誤差の大きさを表し、横軸は各測定点を表す。２つの曲線は、それぞれ異なる姿勢で３次元座標測定装置１０が設置された場合の各測定結果（１８０度向きを回転させた測定結果）を示す。

ここで、図１１に示す測定結果は、図１２に示すように、各測定点Ｍのうちの基準点Ｍ１（図１０参照）の２点が、３次元座標測定装置１０の（型枠１３）におけるガラス上辺及び下辺の縁部に相当する箇所に設定された場合のものである。なお、傾き補正は、上述の如く基準点Ｍ１で形成される三角形の外側の領域は外挿法で行われるが、自動車用板ガラスの表面は背面視Ｖ１での曲率が同曲面の上面視Ｖ２での曲率（図１２参照）よりも一般的に小さいため、ガラス上辺及び下辺を結ぶ方向の三角形の領域を可能な限り大きく取ることが、傾き補正による誤差を小さくする上で有用であるためであると考えられる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。

例えば、上述の実施例では、物体形状検査装置６０は、板状材５０の３次元座標測定装置１０に対して３次元形状を検査するものであったが、本発明は、板状材５０に対して３次元形状を検査する物体形状検査装置に対しても同様に適用可能である。この場合、板状材５０が治具等により、同様の物体形状検査装置に対して配置されればよい。

また、上述の実施例では、測距手段９０は、測定ユニット６２と別物であり、測定ユニット６２を取り外してＸＹＺ軸移動装置６６に固定するか、又は、測定ユニット６２に固定するもの（このとき、測定手段６２ｂ等を取り外しても取り外さなくてもよい）であるが、測距手段９０は測定ユニット６２に内蔵されてもよい。或いは、測距手段９０と測定手段６２ｂとを同一とする（共通化する）構成についても、測定対象の性質によっては可能となりうる。

また、上述の実施例では、ＸＹＺ軸移動装置６６は、３軸方向のそれぞれに並進機構を持つタイプであるが、関節機構等を用いたロボットアーム等の案内手段が代替的に用いられてもよい。

以上のとおり本発明は、定盤を用いることなく（又は、定盤の水平面を利用することなく）測定手段により被測定物の形状を高精度に検査することができる。被測定物としては、図1に示したガラス板の形状検査に用いる検査型だけでなく、検査型上に載置されたガラス板の形状検査に用いることもできる。また、本発明をガラス板の形状検査に利用した場合、ガラス板の面内における測定点の3次元座標だけでなく、ガラス板の外形形状も測定することができる。

板状材５０の３次元座標測定装置１０を示す斜視図である。 本発明に係る物体形状検査装置６０を示す斜視図である。 測定実施中の測定ユニット６２の状態を概略的に示す斜視図である。 本実施例により実行される水面測定手順を示すフローチャートである。 水面を形成するトレイ９２が設置された状態を示す斜視図である。 測距手段９０の移動態様を示す平面図（上面図）である。 補正情報取得処理により取得される測定データを示すグラフである。 ３次元座標測定装置１０（型枠１３）に対する物体形状検査装置６０による測定手順を示すフローチャートである。 物体形状検査装置６０に対して３次元座標測定装置１０が設置された状態を示す斜視図である。 傾き補正の説明図である。 好ましい実施例により得られる各測定点の位置情報の一例を示すグラフである。 好ましい実施例による基準点の定め方を示す図である。

符号の説明

１０ ３次元座標測定装置
１３ 型枠
５０ 板状材
６０ 物体形状検査装置
６２ 測定ユニット
６２ａ カメラ
６２ｂ 測定手段
６６ ＸＹＺ軸移動装置
８０ コンピューター端末
９０ 測距手段
９２ トレイ

Claims (4)

1. 被測定物の２点以上の測定点についての少なくとも鉛直方向に関する位置情報を、接触方式又は非接触方式の測定手段を用いて取得する物体形状検査装置において、
   被測定物の各測定点に対応する各測定位置に、測定手段を案内する案内機構と、
   測定手段の測定データを、測定手段の水面に対する移動軌跡に関する事前取得情報に基づいて補正して、各測定点の鉛直方向の位置情報を生成するデータ処理装置と、を備えることを特徴とする物体形状検査装置。
2. 前記測定手段の水面に対する移動軌跡に関する情報は、
   前記測定手段の移動空間よりも下方に、水を張ったトレイを設置し、測定手段の搭載位置周辺に固定された測距手段を、前記案内機構を用いてトレイ上の空間内を移動させ、所定の各移動位置における水面の鉛直方向の距離を測定することで、
   事前に取得されることを特徴とする、請求項１に記載の物体形状検査装置。
3. 前記データ処理装置は、少なくとも３点以上の基準となる測定点に係る測定データを、前記事前取得情報に基づいて補正し、該補正した測定データと、該基準点に係る既知の正規位置データとに基づいて、他の測定点に係る測定データを補正し、被測定物の略水平な設置台に対する傾きの誤差が補償された位置情報を生成することを特徴とする、請求項１に記載の物体形状検査装置。
4. 案内機構を用いて、被測定物の各測定点に対応する各測定位置に接触方式又は非接触方式の測定手段を案内し、被測定物の２点以上の測定点についての少なくとも鉛直方向に関する位置情報を取得する物体形状検査方法において、
   測定手段の移動空間よりも下方に、水を張ったトレイを設置するステップと、
   測定手段の搭載位置周辺に固定された測距手段を、前記案内機構を用いてトレイ内の水面上の空間内を移動させ、所定の各移動位置における水面の鉛直方向の距離を測定する水面測定ステップと、
   前記水面測定ステップ後、トレイを除去して被測定物をセットし、被測定物の各測定点に対応する各測定位置に測定手段を案内し、各測定点に対する測定データを取得する本測定ステップと、
   前記本測定ステップで取得された測定データを、前記水面測定ステップで取得された水面測定データに基づいて補正して、各測定点の鉛直方向の位置情報を生成するステップと、を備えることを特徴とする物体形状検査方法。

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