JP2008286643A

JP2008286643A - センシング方法

Info

Publication number: JP2008286643A
Application number: JP2007132069A
Authority: JP
Inventors: Tomokazu Kosaka; 智一高坂; Masakatsu Kaneko; 正勝金子; Tomonori Iwasaki; 智徳岩崎
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-05-17
Filing date: 2007-05-17
Publication date: 2008-11-27
Anticipated expiration: 2027-05-17
Also published as: JP5014877B2

Abstract

【課題】ワークの被測定部の形状を高精度で測定できるセンシング方法を提供すること。
【解決手段】センシング方法は、穴３を横断するように、ワーク２の表面上の測定点Ｐ１〜Ｐ８に向かってレーザ光照射部１１から測定光を照射するステップと、反射光をレーザ光照射部１１で検出し、各測定点Ｐ１〜Ｐ８までの距離を求めるステップと、各測定点Ｐ１〜Ｐ８に向かって照射した測定光の照射角度を求めるステップと、測定点Ｐ１〜Ｐ８の位置を求めるステップと、これら求めた位置を仮位置とし、この仮位置の近似面を求めるステップと、仮位置を通りかつ測定光の照射角度を有する仮想線を設け、これら仮想線と近似面との交点を求めるステップと、これら求めた交点の位置を測定点Ｐ１〜Ｐ８の真位置として、ワーク２の穴３の形状を求めるステップと、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、センシング方法に関する。詳しくは、ワークに形成された被測定部の形状を求めるセンシング方法に関する。

従来より、自動車の車体を製造する工程では、ワークに対して、溶接やプレス等の加工が行われる。この溶接やプレスの加工精度は、例えば、ワークの穴の位置を基準として計測される。つまり、製造工程においてワークの位置がずれると、ワークに形成された穴の位置もずれるため、ワークの穴の位置を計測することで、加工精度を計測する。

このようなワークの穴の位置は、例えば、以下のような手順で計測される（例えば特許文献１参照）。すなわち、まず、ワークから離れた位置にレーザ測定装置を設置しておき、ワーク表面の穴を横断するように、ワークの表面上に複数の測定点を仮定し、前記レーザ測定装置から測定点に向かって測定光を照射する。次に、各測定点で反射した反射光をレーザ測定装置で検出し、検出した反射光に基づいてレーザ測定装置から各測定点までの距離を求めるとともに、レーザ測定装置から測定点に向かって照射した測定光の照射角度を求める。

次に、レーザ測定装置から各測定点までの距離および測定光の照射角度に基づいて、各測定点の位置を求めて、仮想空間上にプロットし、これらプロットした点を結ぶと、穴が形成された部分では、測定点の位置をプロットできないため、穴の位置を求めることができる。
例えば、図８に示すように、穴３が形成されたワーク２上に、所定間隔おきに測定点Ｐ１〜Ｐ８を仮定して、これら測定点Ｐ１〜Ｐ８の位置を測定する。すると、穴３の直径は、測定点Ｐ４と測定点Ｐ５との間の寸法、つまり、Ｄ１となるので、穴３の位置を求めることができる。
特開平５−２６４２１９号公報

しかしながら、現実には、レーザ測定装置から各測定点までの距離には、測定誤差が生じる。よって、仮想空間上において、計算により求めた測定点の位置が、実際の位置とずれてしまい、ワークの穴の加工位置の測定精度が低下するおそれがあった。
例えば、図９に示すように、仮想空間上に、上述のワーク２の測定点Ｐ１〜Ｐ８をプロットすると、実際には、測定誤差により、測定点Ｐ２、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ７の位置が、実際の位置とずれてしまい、測定点ＰＡ２、ＰＡ４、ＰＡ５、ＰＡ７となる。すると、穴３の直径は、測定点ＰＡ４と測定点ＰＡ５との間の寸法、つまり、Ｄ２として測定されてしまう。

本発明は、ワークの被測定部の形状を高精度で測定できるセンシング方法を提供することを目的とする。

本発明のセンシング方法は、ワーク（例えば、後述のワーク２）の被測定部（例えば、後述の穴３）の形状をセンシングするセンシング方法であって、前記被測定部を横断するように、前記ワークの表面上の複数の測定点（例えば、後述の測定点Ｐ１〜Ｐ４）に向かって測定手段（例えば、後述のレーザ光照射部１１）から測定光を照射するステップと、前記各測定点で反射した反射光を前記測定手段で検出し、当該検出した反射光に基づいて、前記測定手段から前記各測定点までの距離を求めるステップと、前記測定手段から前記各測定点に向かって照射した測定光の照射角度（例えば、後述の測定点θ１〜θ４）を求めるステップと、前記測定手段から各測定点までの距離および前記測定光の照射角度に基づいて、前記各測定点の位置を求めるステップと、当該求めた位置を仮位置（例えば、後述の仮位置ＰＡ１〜ＰＡ４）とし、この仮位置の近似線または近似面（例えば、後述の近似面Ｈ）を求めるステップと、前記仮位置を通りかつ前記測定光の照射角度を有する仮想線（例えば、後述の仮想線Ｌ１〜Ｌ４）を設け、当該仮想線と前記近似線または近似面との交点（例えば、後述の交点ＰＢ１〜ＰＢ４）を求めるステップと、当該求めた交点の位置を前記測定点の真位置として、前記ワークの被測定部の形状を求めるステップと、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、測定手段から各測定点までの距離を求めるとともに、測定手段から測定点に向かって照射した測定光の照射角度を求める。次に、これらの距離および照射角度に基づいて、各測定点の位置を求めて、仮位置とする。

次に、この仮位置の近似線または近似面を求めて、仮位置を通りかつ測定光の照射角度を有する仮想線を設け、仮想線と近似線または近似面との交点を求める。
そして、交点の位置を測定点の真位置として、ワークの被測定部の形状を求める。これにより、測定手段から各測定点までの距離の測定誤差が生じても、ワークの被測定部の形状を高精度で測定できる。

本発明によれば、測定手段から各測定点までの距離を求めるとともに、測定手段から測定点に向かって照射した測定光の照射角度を求める。次に、これらの距離および照射角度に基づいて、各測定点の位置を求めて、仮位置とする。次に、この仮位置の近似線または近似面を求めて、仮位置を通りかつ測定光の照射角度を有する仮想線を設け、仮想線と近似線または近似面との交点を求める。そして、交点の位置を測定点の真位置として、ワークの被測定部の形状を求める。これにより、測定手段から各測定点までの距離の測定誤差が生じても、ワークの被測定部の形状を高精度で測定できる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明一実施形態に係るセンシング方法が適用されたレーザ測定装置１の概略構成を示す図である。

レーザ測定装置１は、上述のワーク２の被測定部としての穴３の形状を測定するものであり、具体的には、レーザ光でワーク２の表面を走査し、走査線上の測定点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８の位置を、このレーザ測定装置１からの距離およびレーザ光の照射角度に基づいて求めることで、ワーク２の形状を測定する。

このレーザ測定装置１は、測定手段としてのレーザ光照射部１１と、このレーザ光照射部１１の向きを変化させる駆動部１２と、レーザ光照射部１１および駆動部１２を制御する制御部１３と、を備える。
レーザ光照射部１１は、測定光としてのレーザ光を照射する照射部と、レーザ光の反射光を検出する検出部と、を備える。

制御部１３は、レーザ光照射部１１および駆動部１２を制御して、ワークの表面上の測定点の３次元位置を求める。
すなわち、この制御部１３は、照射角度検出部１３１、距離演算部１３２、および、位置演算部１３３を備える。
照射角度検出部１３１は、レーザ光照射部１１から各測定点Ｐ１〜Ｐ８に向かって照射したレーザ光の照射角度を求める。
距離演算部１３２は、レーザ光照射部１１でレーザ光を照射してから、このレーザ光をレーザ光照射部１１で受光するまでの時間に基づいて、レーザ測定装置１から各測定点Ｐ１〜Ｐ８までの距離を求める。
位置演算部１３３は、照射角度検出部１３１で求めた照射角度と距離演算部１３２で求めた各測定点までの距離とに基づいて、測定点Ｐ１〜Ｐ８の位置を仮位置として３次元の仮想空間上にプロットするとともに、このプロットした測定点Ｐ１〜Ｐ８の位置を補正する。

以上のレーザ測定装置１の動作を、図２のフローチャートを参照しながら説明する。
なお、以下の説明では、測定点Ｐ１〜Ｐ４を測定する手順について説明するが、残る測定点Ｐ５〜Ｐ８についても、同様の手順である。
ＳＴ１では、図３に示すように、ワーク２の表面上に穴３を横断するように４つの測定点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４を想定し、これら４つの測定点Ｐ１〜Ｐ４に向かってレーザ光照射部１１からレーザ光を照射する。

ＳＴ２では、各測定点Ｐ１〜Ｐ４で反射した反射光をレーザ光照射部１１で検出し、制御部１３により、レーザ光照射部１１から各測定点Ｐ１〜Ｐ４までの距離を求める。
ＳＴ３では、レーザ光照射部１１から各測定点Ｐ１〜Ｐ４に向かって照射したレーザ光の照射角度を求める。具体的には、図３に示すように、レーザ光照射部１１からワーク２の表面に下ろした垂線に対する、各測定点Ｐ１〜Ｐ４に向かって照射したレーザ光の照射角度を、θ１、θ２、θ３、θ４とする。

ＳＴ４では、各測定点Ｐ１〜Ｐ４までの距離およびレーザ光の照射角度に基づいて、制御部１３により、各測定点Ｐ１〜Ｐ４の位置を求める。
ＳＴ５では、図４に示すように、求めた測定点Ｐ１〜Ｐ４の位置を仮位置ＰＡ１、ＰＡ２、ＰＡ３、ＰＡ４として仮想空間上にプロットする。
この距離の測定誤差は測定光の照射角度の測定誤差に比べて大きくなることが多く、そのため、仮想空間では、照射角度θ１〜θ４については、高い精度で測定できたものの、測定点Ｐ２、Ｐ４の距離には測定誤差が生じており、仮位置ＰＡ２の仮想空間上の位置は、実際の位置（図４中破線で示す）よりもレーザ光照射部１１側に接近しており、仮位置ＰＡ４の仮想空間上の位置は、実際の位置（図４中破線で示す）よりもレーザ光照射部１１から離れている。
ＳＴ６では、図５に示すように、仮位置ＰＡ１〜ＰＡ４の近似面Ｈを求める。ここでは、例えば、仮位置ＰＡ１〜ＰＡ４に最小２乗法を適用することにより、近似面Ｈを求める。

ＳＴ７では、図６に示すように、仮位置ＰＡ１〜ＰＡ４を通りかつ照射角度θ１〜θ４を有する仮想線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４を設け、これら仮想線Ｌ１〜Ｌ４と近似面Ｈとの交点ＰＢ１、ＰＢ２、ＰＢ３、ＰＢ４を求める。
ＳＴ８では、これら求めた交点ＰＢ１〜ＰＢ４の位置を、測定点Ｐ１〜Ｐ４の真位置とする。

以上の手順に従って、上述のワーク２の測定点Ｐ１〜Ｐ８をプロットすると、図７に示すように、点ＰＢ１〜ＰＢ８となる。すると、穴３の直径は、点ＰＢ４と点ＰＢ５との間の寸法、つまり、Ｄ３となり、Ｄ１に比べてわずかに大きくなるものの、ほぼＤ１となる。

本実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１）レーザ光照射部１１から各測定点Ｐ１〜Ｐ４までの距離を求めるとともに、レーザ光照射部１１から測定点Ｐ１〜Ｐ４に向かって照射した測定光の照射角度θ１〜θ４を求める。次に、これらの距離および照射角度θ１〜θ４に基づいて、各測定点Ｐ１〜Ｐ４の位置を求めて、この求めた位置を仮位置ＰＡ１〜ＰＡ４として仮想空間上にプロットする。次に、このプロットした仮位置ＰＡ１〜ＰＡ４の近似面Ｈを求めて、仮位置ＰＡ１〜ＰＡ４を通りかつ測定光の照射角度θ１〜θ４を有する仮想線Ｌ１〜Ｌ４を設け、仮想線Ｌ１〜Ｌ４と近似面Ｈとの交点ＰＢ１〜ＰＢ４を求める。交点ＰＢ１〜ＰＢ４の位置を測定点Ｐ１〜Ｐ４の真位置として、ワーク２の穴３の形状を求める。これにより、レーザ光照射部１１から各測定点Ｐ１〜Ｐ４までの距離の測定誤差が生じても、計算により求めた測定点Ｐ１〜Ｐ４の位置が実際の測定点Ｐ１〜Ｐ４の位置とずれるのを抑制して、ワーク２の穴３の形状を高精度で測定できる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。

本発明の一実施形態に係るセンシング方法が適用されたレーザ測定装置の概略構成を示す図である。前記実施形態に係るレーザ測定装置の動作のフローチャートである。前記実施形態に係るレーザ測定装置で測定点にレーザ光を照射した状態を示す図である。前記実施形態に係る測定点の位置を仮想空間上にプロットした状態を示す図である。前記実施形態に係る測定点の近似面を設けた状態を示す図である。前記実施形態に係る測定点の近似面と仮想線との交点を設けた状態を示す図である。前記実施形態に係るセンシング方法でワークの穴を測定した状態を示す図である。本発明の従来例に係るセンシング方法で測定するワークの断面図である。前記従来例に係るセンシング方法でワークの穴を測定した状態を示す図である。

符号の説明

２ワーク
３穴（被測定部）
１１レーザ光照射部（測定手段）
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４測定点
θ１、θ２、θ３、θ４照射角度
Ｈ近似面
ＰＡ１、ＰＡ２、ＰＡ３、ＰＡ４仮位置
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４仮想線
ＰＢ１、ＰＢ２、ＰＢ３、ＰＢ４交点

Claims

ワークの被測定部の形状をセンシングするセンシング方法であって、
前記被測定部を横断するように、前記ワークの表面上の複数の測定点に向かって測定手段から測定光を照射するステップと、
前記各測定点で反射した反射光を前記測定手段で検出し、当該検出した反射光に基づいて、前記測定手段から前記各測定点までの距離を求めるステップと、
前記測定手段から前記各測定点に向かって照射した測定光の照射角度を求めるステップと、
前記測定手段から各測定点までの距離および前記測定光の照射角度に基づいて、前記各測定点の位置を求めるステップと、
当該求めた位置を仮位置とし、この仮位置の近似線または近似面を求めるステップと、
前記仮位置を通りかつ前記測定光の照射角度を有する仮想線を設け、当該仮想線と前記近似線または近似面との交点を求めるステップと、
当該求めた交点の位置を前記測定点の真位置として、前記ワークの被測定部の形状を求めるステップと、を備えることを特徴とするセンシング方法。