JP2010249811A - 計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】固定のセンサに対してテーブルが動作する計測装置において、ワークの形状を正確に計測することができる計測装置を提供する。
【解決手段】本発明は、レーザーによるスリット光を照射する光源２１及びスリット光によって生じる光切断線を撮像する撮像部２２を有するセンサ２と、予め設定された計測開始位置に配置されてスリット光を受ける受光表面３１ａにワークＷを把持し、計測開始後に所定動作をするテーブル３１と、撮像部２２の撮像データを位置データに変換してワークの形状を計測する計測部４と、計測部４に対し、受光表面３１ａのずれを検出可能な位置情報を提供するずれ検出部５２と、を備え、計測部４は、位置情報に基づいてずれを検出し、ずれが検出された場合、当該ずれに応じて位置データを補正して、ワークの形状を計測することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光切断法により、ワーク（被検査物）の形状を計測する計測装置に関するものである。

光切断法による計測は、製品検査の一つとして行われている。光切断法では、ワークにスリット光を照射してこれをカメラで撮像し、得られたデータからワークの形状を計測する。これを用いて、ワークの寸法や、打コン、アバタ、及び、欠肉等の有無を検査する。ここで、特開昭６１−２９７０９号公報（特許文献１）に記載の形状測定方法では、光切断法が用いられ、ワークを決められた計測基準面に固定し、センサを移動させてワークの表面形状を計測している。光切断法では、スリット光源をもつセンサをワークに対して相対移動させて、ワーク全体の形状を計測する。また、上記形状測定方法では、基準面に設置された基準冶具により、迅速な計測を可能としている。

特開昭６１−２９７０９号公報

上記方法では、センサに対して基準面が固定されており、基準面に対して計測開始位置がずれることはない。センサは、設定された可動域で移動する。上記形状測定方法では、基準面が動作することは考慮されていない。

しかし、センサに対して基準面を動作させながらワーク形状を計測する方法では、基準面が動作する際、当該動作による振動や装置の経年劣化による動作誤差等が生じる虞がある。これにより、動作時に基準面が、設定された所定位置（軌道）からずれる可能性があり、計測精度の面で問題があった。

さらに、昨今では、計測の自動化に伴い、ワークをロボットハンド等の把持手段で把持し、把持手段をセンサの計測開始地点に搬送して、ワーク形状を計測する方法もとられている。この場合、ワークを計測開始地点に移動させる工程で、基準面がずれる可能性がある。これにより、計測精度が低下し、正確な計測の妨げとなっている。上記方法では、基準面のずれは想定されていない。
また、別の問題として、基準面でワークを把持する工程におけるずれが考えられる。ワークが基準面に対し想定された体勢で把持されなければ、ワークを所定動作させて計測する光切断法において、計測精度に問題が生じる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、固定のセンサに対して基準面が動作する計測装置において、ワークの形状をより正確に計測することができる計測装置を提供することを目的とする。

本発明の計測装置は、レーザーによるスリット光を照射する光源及びスリット光によって生じる光切断線を撮像する撮像部を有するセンサと、予め設定された計測開始位置に配置されて前記スリット光を受ける受光表面にワークを把持し、計測開始後に所定動作をするテーブルと、撮像部の撮像データを位置データに変換してワークの形状を計測する計測部と、計測部に対し、受光表面のずれを検出可能な位置情報を提供するずれ検出部と、を備え、計測部は、位置情報に基づいてずれを検出し、ずれが検出された場合、当該ずれに応じて位置データを補正して、ワークの形状を計測することを特徴とする。

本発明の計測装置によれば、受光表面にずれが生じた場合に、計測部は、ずれ検出部からの位置情報に基づき当該ずれを検出する。当該ずれは、例えば、テーブルの所定動作時の振動等によるものや、計測開始前の受光平面の配置位置によるものである。計測部は、当該ずれに応じて位置データを補正して、ワークの形状を計測する。つまり、本発明によれば、テーブルの振動等により受光表面にずれが生じた場合でも、補正された位置データにより正確なワーク形状が計測される。

ここで、テーブルの所定動作は、受光表面に直交する軸を回転軸として計測開始位置で行う回転動作であってもよい。この場合、ずれがなければ、所定動作は常に計測開始位置上で行われる。ここで、本発明のずれ検出部は、計測部に対し、受光表面の計測開始位置からのずれを検出可能な位置情報を提供する。これにより、回転動作する受光表面が振動等により計測開始位置からずれた場合でも、計測部が補正することで当該ずれを吸収し、正確なワーク形状が計測可能となる。

また、本発明の計測装置において、ずれ検出部は、自身の位置データによってずれの量を検出可能とする第一検出部と、ずれの量が検出された（０でない）場合、当該ずれの方向を検出可能とする第二検出部と、を有することが好ましい。これにより、当該ずれをより正確に検出できる。

ここで、上記回転動作において、ワークが筒状であって、計測開始位置が回転軸がスリット光上に配置された位置である場合、ずれは、回転軸のスリット光上からのずれであり、第一検出部は、受光表面の回転軸上に固定され、ずれの量に応じてスリット光上の位置が異なることが好ましい。これにより、ずれが生じた場合、第一検出部の位置データが異なり、容易にずれの有無およびずれの量を検出することができる。

ここで、第二検出部は、第一検出部の所定部位がスリット光に対し、スリット光に直交する方向（以下、Ｘ軸方向とも称する）のどちら側に位置するかを検出可能とすることが好ましい。所定部位を回転軸上の頂点とすれば、ずれの把握が容易となる。また、第二検出部は、例えば、受光表面に回転軸を中心としたリング状に形成され、回転軸方向の端面には、周方向に傾斜した傾斜部が形成されているようにしてもよい。これによれば、傾斜部の位置データは、ずれが生じた際、異なる値を示す。つまり、高さの違いにより、Ｘ軸方向のどちら側にずれているかを容易に検出することができる。

また、例えば、第二検出部は、スリット光に交差する別のスリット光を第一検出部に照射する光学センサであってもよい。別のスリット光を照射することで、第一検出部の位置を把握でき、効率よく当該ずれが検出される。また、第二検出部は、テーブルが設置される設置台に設置され、スリット光上に位置し且つ受光表面の回転における周方向に傾斜した傾斜部を有する形態でもよい。

ここで、スリット光に直交する軸をＸ軸とし、計測開始位置における回転軸に平行な軸をＺ軸とし、Ｚ軸およびＸ軸に直交する軸をＹ軸とした場合、本発明の計測装置は、計測部に対し、受光表面のＹ軸を中心とした回転ずれを検出可能な位置情報を提供する第三検出部をさらに備えることが好ましい。これにより、Ｙ軸回りのずれを検出することができ、より正確な補正が可能となる。

第一検出部及び第三検出部は、受光表面の回転軸上に固定された１つの軸状部材で兼用してもよい。軸状部材は、受光表面の回転軸上に回転軸と平行に固定された円柱状の円柱部と、底面の径が円柱部の上面の径よりも小さい円錐状の突起であって、当該円錐の頂点が回転軸上に位置するよう底面が前記上面に固定された円錐突起部と、円柱部の上面から離間し、円柱部の側面の一部から円柱部の全周に亘って突出したリング部と、を備えている。また、軸状部材は、前記円柱部と、円柱部の上面の径よりも小さい径で前記上面に開口した円錐状の溝であって、当該円錐の頂点が回転軸上に位置するよう前記上面に形成された円錐溝部と、前記リング部と、を備えてもよい。円柱部の上面とは、円柱の２つの底面のうち上方側の底面を意味する。また、軸状部材は、一体的に形成されてもよく、あるいは、円柱部、円錐突起部、及び、リング部をそれぞれ別体で形成して組付けたものでもよい。

ここで、本発明の計測装置は、受光表面に固定され、所定動作が正確である場合に、スリット光上の位置が所定動作中常に同位置となる計測基準部をさらに備え、計測部は、計測基準部を基準として撮像データを位置データに変換することが好ましい。所定動作が正確であるとは、動作中に振動等がない場合を意味する。例えば、上記回転動作の場合、所定動作が正確であれば、計測開始位置にあるか否かに関わらず、回転動作中に受光平面の位置は変動しない。計測基準部は、このような場合に、スリット光上の位置が所定動作中常に同位置となる。

これによれば、テーブルがワークを正確に把持できなかった場合でも、計測部は、スリット光内で位置が変化しない基準に基づき、各回転角度における２次元位置データを得ることができる。そして、回転を考慮することで、２次元データから３次元データに変換することができる。ワークがどのように把持されていても、基準位置が変化しないため、当該ずれに関係なく正確な形状が計測できる。

ここで、所定動作が上記回転動作である場合、計測基準部は、当該回転軸を中心としたリング状であることが好ましい。これにより、計測基準部の形成が容易となり、低コストで且つ正確な形状計測が可能となる。また、計測基準部は、上記軸状部材であってもよい。

また、計測部は、計測基準部の位置データに基づいて、受光表面のＹ軸方向のずれ、Ｚ軸方向のずれ、および、Ｘ軸を中心とした回転ずれ、のうち少なくとも１つを検出し、位置データを補正することが好ましい。これにより、さらに正確な形状を計測できる。

ここで、本発明の計測装置は、計測開始前に、前記受光表面を前記計測開始位置に配置するために前記テーブルを搬送する搬送部をさらに備えていてもよい。把持したワークをテーブルと共に搬送することで、計測の自動化がより効率的となる。しかし、テーブルを搬送することにより、受光表面が計測開始位置からずれる可能性がある。ここで、本発明では、搬送によって計測開始位置からのずれが生じた場合に、計測部が、ずれ検出部からの位置情報に基づき当該ずれを検出する。計測部は、当該ずれに応じて位置データを補正して、ワークの形状を計測する。つまり、本発明によれば、搬送部の搬送によってずれが生じた場合でも、補正された位置データにより、より正確なワーク形状が計測される。

ワークを把持したテーブルを計測開始位置に搬送して計測するような、効率的であるがずれが生じやすい計測方法であっても、本装置を用いれば、正確なワーク形状が計測可能となる。つまり、本発明は、テーブルを搬送して計測する計測方法に対してさらに効果的である。

本発明の計測装置によれば、固定のセンサに対してテーブルが動作する計測装置において、ワークの形状を正確に計測することができる。

第一実施形態の計測装置１を示す模式図である 基準冶具５の詳細を示す図である。 第一検出部５２１の模式断面図である。 基準軸及び基準平面を示す模式図である。 センサ２により取得されるデータの説明のための模式図である。 センサ２により取得されるデータの説明のための模式図である。 センサ２により取得されるデータの説明のための模式図である。 センサ２により取得されるデータの説明のための模式図である。 第一検出部５２１の変形態様を示す模式断面図である。 第二実施形態の計測装置１０を示す模式図である。 第三実施形態の計測装置１００を示す模式図である。 軸状部材６を示す斜視図である。 第二検出部７を示す斜視図である。 Ｙ軸方向から見た第三部材７３及び傾斜部７４を示す図である。 スリット光のあたり方を示す模式図である。 スリット光のあたり方を示す計測装置１００の模式断面図である。 軸状部材６を示す模式断面図である。 軸状部材６の変形態様を示す模式断面図である。

次に、実施形態を挙げ、図面を参照し、本発明をより詳しく説明する。
＜第一実施形態＞
第一実施形態について図１〜図９を参照して説明する。ここでは、テーブルの搬送による計測開始位置からのずれについて説明する。第一実施形態の説明上、テーブルの所定動作は正確であると仮定し、動作中に振動等が起きないものとして説明する。
（計測装置１の構成）
図１及び図２に示すように、第一実施形態の計測装置１は、センサ２と、ロボットハンド３と、コンピュータ４と、基準冶具５と、を備えている。センサ２は、地面に対して位置が固定されており、光源２１と、カメラ２２と、を有している。光源２１は、レーザーのスリット光を照射する。カメラ２２は、スリット光による反射光（光切断線）を撮像する。光源２１及びカメラ２２は、後述する回転軸Ｒから約３０度傾けた位置に固定されている。スリット光の照射対象への入射角を約３０度とし、カメラ２２も入射角約３０度からの撮影とする。これは、ワーク（被検査物）の側面も同時に計測し、３次元形状を取得するためである。

ロボットハンド３は、テーブル３１と、アーム部３２（本発明における「搬送部」に相当する）と、を有している。テーブル３１は、略円盤状であって、センサ２側の表面でありスリット光を受ける受光表面３１ａにハンド部３１１を有している。ハンド部３１１は、周方向に均等に配置された３つの指からなり、各指を径方向外方に移動させてワークＷを把持し、筒状のワークＷを受光表面３１ａ上に固定する。

アーム部３２は、アーム形状であって、先端にテーブル３１が設置されている。アーム部３２は、計測が開始される前に、テーブル３１を予め設定された位置に搬送する。この位置は、センサ２がワークＷの計測を開始する位置として設定された位置（すなわち、計測開始位置）である。アーム部３２は、テーブル３１を搬送し、受光表面３１ａが計測開始位置となる位置で停止する。アーム部３２の停止位置は予め設定されており、アーム部３２はそれに従って停止する。ロボットハンド３は、例えば、ワークの配置場所にテーブル３１を搬送してワークＷを把持し、その後、テーブル３１を計測開始位置まで搬送し、停止する。アーム部３２の停止は、機械精度により若干の誤差が生じうる。

アーム部３２は、内部に、テーブル３１を所定動作させる駆動手段を備えている。駆動手段は、アーム部３２の停止後（搬送後）、テーブル３１を所定動作させる。第一実施形態において、駆動手段は、テーブル３１の受光表面３１ａに垂直な軸を回転軸Ｒとしてテーブル３１を回転動作させる。テーブル３１と共にワークＷも回転し、テーブル３１を１回転させるとワークＷ１周分の断面形状を取得できる。これでワーク表面の３次元形状を取得したのと同等になる。例えば、テーブル３１を約４００度回転させて、０．４度ずつの撮像データ（光切断線画像データ）を取得する。そのうちの４５度間隔で取得した１６データから、ワークＷの８断面データを得る（対向する２データにより１断面データとなる）。これにより、ワークＷの寸法（外径および内径等）を計測する。第一実施形態において、計測開始位置は、回転軸Ｒがスリット光上に位置するように設定されている。

コンピュータ４（本発明における「計測部」に相当する）は、記憶手段およびＣＰＵ等を備える計算手段であって、センサ２に接続されている。コンピュータ４は、カメラ２２の撮像データを位置データに変換し、ワークＷの形状を計測する。位置データは、ｘｙｚ座標の点群データである。

基準冶具５は、計測基準部５１と、ずれ検出部５２と、を有している。計測基準部５１は、円筒状に形成されており、円筒の中心軸が回転軸Ｒ上となるように受光表面３１ａに固定されている。計測基準部５１は、高さが周方向で一定となっている。

ずれ検出部５２は、第一検出部５２１と、第二検出部５２２と、を有している。第一検出部５２１は、回転軸Ｒ方向に延伸した略円柱状に形成されており、受光表面３１ａの回転軸Ｒ上に固定されている。図３に示すように、第一検出部５２１の先端部分５２１ａは、頂点が回転軸Ｒ上に位置する円錐形状となっている。

第二検出部５２２は、略円筒状に形成されており、円筒の中心軸が回転軸Ｒ上となるように受光表面３１ａに固定されている。第二検出部５２２は、計測基準部５１の内側に配置され、高さが計測基準部５１よりも僅かに高くなっている。第二検出部５２２の上方端面内側には、周方向に傾斜した複数の傾斜部５２２ａが、端面全体に亘って連続的に形成されている。換言すると、第二検出部５２２は、上端面に勾配面を有している。第一実施形態では、計測基準部５１と第二検出部５２２とが一体に形成されている。
（計測について）
以下、計測について説明する。コンピュータ４には、形状計測にあたり、予め仮想の基準軸と基準平面とが設定されている。図４に示すように、コンピュータ４内では、基準軸が回転軸Ｒと一致し、基準平面が受光平面３１ａと一致しているのを前提に位置データが算出される。従って、アーム部３２は、受光平面３１ａが上記位置関係となるように、すなわち受光表面３１ａが計測開始位置に配置されるように、テーブル３１を搬送する。しかし、アーム部３２の動作には誤差が生じる可能性がある。なお、テーブル３１は、計測開始位置で基準軸を中心とした回転動作するため、計測開始位置に配置された後の受光表面３１ａの位置は、計測開始位置で固定となる。ここでは、基準平面は、水平面に平行な平面であり、基準軸はそれに直交している。基準軸（Ｚ軸）と基準平面（直交するＸ軸及びＹ軸を含む平面）によって、ｘｙｚ空間が規定されている。従来の計測装置では、受光平面３１ａのずれを検出することはできなかった。

ここで、ロボットハンド３による搬送誤差が生じた場合について説明する。説明に際し、スリット光に直交する軸をＸ軸とし、受光表面３１ａが計測開始位置に正確に配置された状態における受光表面３１ａ（すなわち基準平面）に直交する軸をＺ軸とし、基準平面上でＺ軸およびＸ軸に直交する軸をＹ軸とする。搬送誤差は、軸方向にはそれぞれおよそ±５ｍｍ程度である。

まず、Ｘ軸方向のずれについて説明する。図５は、受光表面３１ａが計測開始位置に配置された状態において、ある回転角度での光切断線の模式図である。そして、図６の実線に示すように、ずれがない場合、第一検出部５２１の光切断線の頂点は、設定された高さ（第一検出部５２１の高さ）となる。一方、Ｘ軸方向のずれがある場合、第一検出部５２１の頂点はスリット光から外れ、スリット光は第一検出部５２１の頂点より低い部位を照射する。つまり、図６の破線に示すように、光切断線における第一検出部５２１の高さは低い値となる。ずれがある場合、取得される第一検出部５２１の最も高い位置は、上記設定された高さよりも低くなる。

コンピュータ４は、取得した位置データにおける第一検出部５２１の最も高い点の高さと、第一検出部５２１の頂点の高さと比較することでずれの有無が検出できる。当該比較の結果、高さに差がある場合（差ｈと称する）、ずれがあると検出される。また、コンピュータ４は、第一検出部５２１の先端部分５２１ａの形状を考慮して、ずれの量も検出する。つまり、円錐の傾き（角度）に基づいて、ずれの量（Ｘ軸方向の距離）が算出される（ｈ×ｔａｎα、αは円錐の傾斜角度）。

このように、第一検出部５２１は、自身のスリット光上の位置が回転中常に同位置となり且つずれの量に応じて自身のスリット光上の位置が異なるようになっている。第一検出部５２１は、自身の位置データが回転中常に同じ値となり且つずれの量に応じてのみ自身の位置データが異なる値となる部位を有しているともいえる。コンピュータ４は、第一検出部５２１が提供する位置情報を基に、ずれの量を検出する。

さらに、コンピュータ４は、Ｘ軸方向のずれを検出した場合、第二検出部５２２の高さから、当該ずれの方向がＸ軸方向のどちら側であるかを検出する。位置データにおいて、第二検出部５２２の端面に形成された傾斜部５２２ａの高さは、一方にずれていると高くなり、他方にずれていると低くなって表われる。コンピュータ４は、ずれがない場合における傾斜部５２２ａの位置データを記憶し、それと比較して、どちらにずれているかを検出する。第一実施形態では、傾斜部５２２ａの高さが右側ほど低くなっている。したがって、高い値のときは左側に、低い値のときは右側にずれていることがわかる。コンピュータ４は、第二検出部５２２が提供する位置情報を基に、ずれの方向を検出する。

続いて、Ｙ軸を中心とした回転（θ_Ｙ）によるずれ（Ｙ軸回転ずれ）について説明する。図７の破線に示すように、Ｙ軸回転ずれがある場合、位置データにおいて、計測基準部５１の上方端面と第二検出部５２２の上方端面との高低差に違いが表われる。Ｙ軸回転ずれが生じると、第二検出部５２２の側面に表われる光切断線が長くなり、計測基準部５１の上方端面と第二検出部５２２の上方端面との距離（側面距離）が変化する。コンピュータ４は、取得された側面距離と、ずれがないときの側面距離とを比較することでＹ軸回転ずれの有無を検出する。当該比較の結果、差がある場合（差Ｈと称する）、Ｙ軸回転ずれが検出される。さらに、Ｙ軸方向のずれの量は、差Ｈと第二検出部５２２の外周面形状から算出される。第一実施形態において、計測基準部５１および第二検出部５２２は、本発明における「第三検出部」を兼ねている。

ここで、図７に示すように、Ｙ軸回転ずれがある場合、上記第一検出部５２１の頂点位置も低くなって表される。実際、コンピュータ４は、上記の差ｈが検出された場合にのみ、差Ｈの有無を確認する。そして、コンピュータ４は、差Ｈが０の場合、Ｘ軸方向のずれと判定し、差Ｈがある場合、Ｙ軸回転ずれと判定する。Ｙ軸回転ずれのずれ方向は、傾斜部５２２ａの高さにより検出可能であり、第一検出部５２１の頂点がどちら側に位置するかが検出される。

このように、コンピュータ４は、計測基準部５１及びずれ検出部５２から提供される位置情報（撮像データ）に基づき、上記ずれを検出し、当該ずれの量及び方向から位置データをずれのない位置データに補正する。

続いて、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、及び、Ｘ軸回転ずれについて説明する。Ｘ軸回転ずれは、Ｘ軸を中心とした回転（θ_Ｘ）によるずれである。これらのずれの場合、回転軸Ｒは、スリット光から外れることはない。したがって、取得される位置データは、必ず計測基準部５１の中心を含んだデータであり、そこから計測基準部５１の直径に相当するデータが得られる。例えば テーブル３１の回転が０度のときと１８０度のときの位置データから計測基準部５１の直径に相当する値が得られる。

コンピュータ４は、得られた直径データから計測基準部５１の中心軸位置データが得られ、当該中心軸位置データが基準軸からずれていた場合、上記ずれがあることが検出できる。検出後、コンピュータ４は、当該中心軸と基準軸とが一致するように、取得した位置データ全体を平行移動させる。さらに、取得した直径データが予め設定された計測基準部５１の直径となるように、位置データ全体に対して、角度補正を行う。コンピュータ４は、計測基準部５１の位置データから、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、及び、Ｘ軸回転ずれを検出し、当該ずれをデータ上補正してワークＷの形状を計測する。

以上のように、第一実施形態の計測装置１は、アーム部３２による搬送のずれを検出し、ずれに応じて位置データを補正して、ワークＷの形状を計測している。これは、同時に、計測時のテーブル３１の振動（揺れ）等を吸収することにもなる。

ところで、計測において生じるずれは、アーム部３２の搬送によるものだけではない。例えば、テーブル３１のハンド部３１１がワークＷを正確に把持していない可能性もある。つまり、ワークＷが受光表面３１ａに対してずれて把持される可能性がある。

第一実施形態において、ハンド部３１１がワークＷを正確に把持した状態とは、図２及び図５に示すように、ワークＷの中心軸と回転軸Ｒが一致し、ワークＷの下方端面が受光表面３１ａに接地した状態をいう。

例えば、ワークＷは、受光表面３１ａに対して、各軸方向、Ｘ軸回転方向、及び、Ｙ軸回転方向等にずれて把持される可能性がある。そこで、コンピュータ４は、撮像データを位置データに変換するにあたり、計測基準部５１の所定部位を原点として変換している。具体的には、図８に示すように、計測基準部５１の上方端面の径方向外方部位Ａ（以下、角部と称する）を基準とする。計測基準部５１は周方向に高さが一定の円筒形状であるため、スリット光上の角部Ａの位置は、テーブル３１回転中、常に一定となる。

すなわち、スリット光が通る平面のＹＺ座標系（Ｙ、Ｚ）平面において、角部Ａの座標は常に一定である。コンピュータ４は、スリット光上の角部Ａの位置を原点（０、０）とし、回転角度ごとにワークの座標（ｙ、ｚ）を求め、後に回転角度を反映させて座標（ｘθ、ｙθ、ｚ）を算出する。例えば、回転角度０度において、ワークＷの角部Ｂが（ｙ１、ｚ１）であれば、３次元データに変換し（０、ｙ１、ｚ１）とできる。同様に、１８０度におけるＢのｘｙｚ座標が求まり、ワークＷの外径が計測される。これによれば、ワークＷがずれて把持されても、それに関係なく、正確なワーク形状を計測することができる。

以上、第一実施形態の計測装置１によれば、テーブルの搬送ずれや、ワークの把持ずれがあった場合でも、より正確にワークの形状を計測することができる。なお、基準冶具５の形状は上記に限定されない。

第一検出部５２１が他の形状であってもよい。例えば、図９に示すように、第一検出部５２１の先端部分５２１ａを平面にした上でそこに円錐状の溝を形成した形状であってもよい。この場合、溝の最下点が、図３における先端部分５２１ａの頂点に相当する。これによっても上記同様の効果が得られる。

また、第二検出部５２２が、光学センサであってもよい。スリット光に交差するスリット光を第一検出部５２１に照射し、Ｘ軸方向のずれ方向を検出してもよい。また、ワークの３次元表面を効率よく撮像するためには、センサ２の受光表面３１ａに対する入射角を、４５度以下に設定するのが好ましい。入射角が４５度より大きくなると、スリット光を受けない影部分が多くなることがある。

＜第二実施形態＞
次に、第二実施形態では、テーブルが計測開始位置に配置されている場合であって、所定動作によるテーブルの振動や動作誤差を検出する場合について説明する。

本発明の計測装置によれば、テーブル３１が予め計測開始位置に固定されている場合でも、テーブル３１の振動等によるずれを検出し補正することでより正確なワーク形状を計測することができる。つまり、第二実施形態の計測装置１０は、ロボットハンド３ではなく、固定された回転台３０を備えている。なお、第一実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。

図１０に示すように、計測装置１０は、センサ２と、回転台３０と、コンピュータ４と、基準冶具５と、を備えている。回転台３０は、テーブル３１と、基台部３３と、を有している。基台部３３は、不動の床面等に対して固定された略直方体の台であり、上面にテーブル３１が回転可能に取り付けられている。基台部３３は、センサ２に対し、テーブル３１の受光表面３１ａが計測開始位置となるように配置されている。基台部３３は、内部に駆動手段を有し、駆動手段は、回転軸Ｒを中心にテーブル３１を回転動作させる。

計測装置１０の場合、ワークＷの受光表面３１ａへの搬送は、例えばロボットハンド等により行われる。ワークＷは、受光表面３１ａ上に配置されて、ハンド部３１１により把持される。そして、計測装置１０は、計測開始後、第一実施形態同様、ワークＷを把持したテーブル３１を回転動作させてワーク形状を計測する。

第二実施形態では、テーブル３１が回転動作すると、振動等が生じ、それによって計測動作中に受光表面３１ａの計測開始位置からのずれが発生する可能性がある。

ここで、計測装置１０は、第一実施形態同様、図２に示す基準冶具５を備えている。これにより、回転動作中でも、コンピュータ４は、基準冶具５の位置情報に基づき、各回転角度において計測開始位置からのずれを検出でき、補正することができる。検出されるずれは、第一実施形態同様、受光表面３１ａの計測開始位置からのＸ軸方向のずれ、Ｙ軸方向のずれ、Ｚ軸方向のずれ、Ｘ軸回転ずれ、及び、Ｙ軸回転ずれである。計測装置１０によれば、回転動作によるテーブル３１の振動等による受光表面３１ａのずれを補正し、より正確なワーク形状を計測することができる。この効果は、第一実施形態の計測装置１においても発揮される。

また、ワークＷがずれて把持された場合であっても、第一実施形態同様、計測基準部５１を基準にワーク形状を計測することができる。なお、第一実施形態および第二実施形態において、テーブル３１の所定動作は、回転動作に限られない。例えば、所定動作は、計測開始位置からＸ軸方向に床面に対して平行移動するものでもよい。この場合、所定動作による受光表面の軌道は、計測開始位置からＸ軸方向に描かれる。ここでの軌道は、所定動作により受光表面が描く軌跡を意味し、受光表面は、テーブルの所定動作により、軌道上を動作する。軌道は、所定動作時に受光表面が動作する領域（軌道領域）ともいえる。コンピュータ４は、予め受光表面の軌道（軌道領域）を記憶し、基準冶具の位置情報から、受光表面の当該軌道（軌道領域）からのずれを検出し、補正してワーク形状を計測する。なお、所定動作が上記実施形態のような回転動作である場合、受光表面の軌道（軌道領域）は計測開始位置と一致する。このように、本発明のずれ検出部は、計測部に対して、受光表面の当該軌道（軌道領域）からのずれを検出可能な位置情報を提供するともいえる。

また、第一検出部５２１は、図９に示すような形状でもよく、第二検出部５２２は、光学センサであってもよい。

＜第三実施形態＞
第三実施形態では、第二実施形態同様、予めテーブルが計測開始位置に配置されている場合について説明する。なお、第一実施形態と同様の構成については、同符号を付して説明を省略する。

図１１に示すように、計測装置１００は、センサ２と、テーブル３１と、基台部３３と、コンピュータ４と、軸状部材６と、第二検出部７と、を備えている。センサ２とテーブル３１の配置関係（スリット光の入射角等）は、第二実施形態と同様である。また、３指のハンド部３１１は、ワークＷの外周側から径方向内方に向けて移動し、ワークＷを把持する。

軸状部材６は、受光表面３１ａの回転軸Ｒ上に固定された略円柱状の部材である。軸状部材６は、図１２に示すように、円柱部６１と、円錐突起部６２と、リング部６３と、を備えている。円柱部６１は、上端に平面状の上面６１ａを有し、受光表面３１ａの回転軸Ｒ上に固定された円柱部材である。円柱部６１の中心軸は、回転軸Ｒと一致している。

円錐突起部６２は、円柱部６１の上面６１ａから円錐状に突起したものである。円錐突起部６２の頂点は、円柱部６１の上面６１ａの上方に位置している。円錐突起部６２の底面の径は、円柱部６１の上面６１ａの径よりも小さくなっている。円錐突起部６２の頂点は回転軸Ｒ上に位置し、円錐突起部６２の底面が円柱部６１の上面６１ａに固定されている。円錐突起部６２の中心軸は、回転軸Ｒと一致している。図１２に示すように、軸状部材６の上面（６１ａ）は、少なくとも縁部が平面状となっており、中央部分に円錐突起部６２が形成されている。

リング部６３は、リング状であって、円柱部６１の側面（外周面）の一部から円柱部６１の全周に亘って突出したものである。リング部６３は、円柱部６１の側面のうち、上面６１ａから下方に離間した位置に形成されている。リング部６３の上面縁部は、受光表面３１ａに平行で且つ回転軸Ｒを中心とした円形状となっている。本実施形態では、リング部６３の上面は、テーパ状となっている。また、リング部６３は、円柱部６１の下端まで連続的に形成されている。

本実施形態において、軸状部材６は、１つの円柱部材から、円柱部６１、円柱突起部６２、及び、リング部６３を一体的に形成したものであるが、それぞれ別々に製造して組み合わせることで形成したものでもよい。

第二検出部７は、図１１及び図１３〜図１６に示すように、基台部３３上に設置されており、第一部材７１と、第二部材７２と、第三部材７３と、傾斜部７４と、からなっている。これらは一体的に形成されているが、各部材を組み合わせたものでもよい。

第一部材７１は、上下方向に延びる固定部材であって、下部が基台部３３にねじ止め等により固定されている。第一部材７１は、スリット光上に位置しないように配置されている。

第二部材７２は、第一部材７１の上部から略Ｙ軸方向（テーブル３１配置側）に延びる棒状部材である。第二部材７２は、スリット光上に位置しないように配置されている。第三部材７３は、第二部材７２の先端部からＸ軸方向（スリット光側）に延びる略直方体状の部材であり、スリット光上に位置しないように配置されている。

傾斜部７４は、略三角柱状であって、第三部材７３の先端部に配置されている。傾斜部７４の上面７４ａ（三角柱における側面）は、受光表面３１ａの回転における周方向に傾斜している。具体的には、傾斜部７４の上面７４ａは、先端に向かうほど下方となるように傾斜している。傾斜部７４は、傾斜した上面７４ａ、すなわち傾斜面を有している。傾斜部７４（上面７４ａ）は、スリット光上に位置するように配置されている。この傾斜部７４の第三部材７３側の端部から先端に向かう方向は、Ｘ軸方向であり、スリット光に直交している。

ここで、第三実施形態におけるずれの検出について説明する。軸状部材６の円錐突起部６２は、第一実施形態における第一検出部５２１の先端部分５２１ａに相当する。つまり、第一実施形態同様、コンピュータ４は、円錐突起部６２の位置情報から、Ｘ軸方向のずれの有無及び量を検出できる。

第二検出部７の傾斜部７４は、第一実施形態における第二検出部５２２の傾斜部５２２ａに相当する。つまり、第一実施形態同様、コンピュータ４は、傾斜部７４の位置情報から、ずれの方向がＸ軸方向におけるどちら側であるか（一側か他側か）を検出できる。

基台部３３は、テーブル３１の所定動作により、あるいは、作業環境上の外部要因（他の機械の運転、車両の通行等）により振動し得る。センサ２も、設置状態によっては、外部要因により基台部３３と共に振動し得るが、固有振動数を考慮すると、センサ２と基台部３３とが同様に振動することはない。振動数等が異なれば、両者が共に振動した場合でも、センサ２の視点から基台部３３の振動が認識され、コンピュータ４は、傾斜部７４の位置情報から振動によるずれの方向を検出できる。

円柱部６１の上面６１ａ及びリング部６３の上面は、第一実施形態における計測基準部５１の上方端面及び第二検出部５２２の上方端面に相当する。つまり、コンピュータ４は、図１７に示すように、円柱部６１の上面６１ａ（直線Ｄ１Ｄ２）と、リング部６３の上面縁部Ｃとの離間距離の変化から、Ｙ軸回転ずれを検出する。Ｙ軸回転ずれが生じた場合、スリット光上における上面６１ａと上面縁部Ｃとの距離は大きくなるため、第一実施形態同様、当該変化からＹ軸回転ずれの量が検出可能となる。Ｙ軸回転ずれにおけるずれの方向は、第一実施形態における第二検出部５２２の傾斜部５２２ａ同様、第二検出部７の傾斜部７４の位置データから検出できる。

続いて、Ｙ軸方向のずれ、Ｚ軸方向のずれ、及び、Ｘ軸回転ずれの検出について説明する。第三実施形態では、軸状部材６の上面６１ａの位置データ（直線Ｄ１Ｄ２）及び線分Ｄ１Ｄ２の中点Ｐの位置データに基づいて上記ずれを検出する。

コンピュータ４は、例えばリング部６３の上面縁部Ｃを基準点とし、そこから円柱部６１の上面６１ａの両縁部（Ｄ１、Ｄ２）の位置データを算出する。コンピュータ４は、このＤ１、Ｄ２に基づき、上面６１ａの位置データ（直線Ｄ１Ｄ２）及び線分Ｄ１Ｄ２の中点Ｐの位置データを算出する。これらの位置データは、計測前のキャリブレーションにおいて、Ｃを基準に予め計測され、座標系と共に予め設定されている。

Ｙ軸方向のずれ、Ｚ軸方向のずれ、又は、Ｘ軸回転ずれが生じた場合、軸状部材６の中心軸はスリット光上で変動し、同様に、中心軸上の所定点（ここでは中点Ｐ）又は中心軸に直交する直線（ここでは直線Ｄ１Ｄ２）もスリット光上で変動する。したがって、コンピュータ４は、所定動作中、キャリブレーションにより予め設定された座標系に対しＣを基準として直線Ｄ１Ｄ２及び中点Ｐの位置データを算出し、同じく予め設定された直線Ｄ１Ｄ２及び中点Ｐの位置データと比較することで、上記ずれを検出することができる。具体的に、コンピュータ４は、Ｙ軸方向のずれの方向と量、及び、Ｚ軸方向のずれの方向と量を、中点Ｐの位置データの変化から検出し、Ｘ軸回転ずれの方向と量を、直線Ｄ１Ｄ２の位置データの変化（傾き角度）から検出する。

また、軸状部材６の各角部（例えばＣ、Ｄ１、Ｄ２）は、第一実施形態の角部Ａ同様、所定動作が正確である（ずれがない）場合、所定動作中、スリット光上で常に同位置となる。したがって、第一実施形態の計測基準部５１同様、コンピュータ４は、軸状部材６のいずれかの角部を基準として、ワークＷの把持ずれに対して当該ずれを補正することができる。例えば、１つの角部を基準とし、基準とワークＷとの離間距離に基づいてワークＷの形状を計測できる。

このように、軸状部材６を用いることで、コンピュータ４は、Ｘ軸方向のずれの有無及び量が検出できる（本発明の「第一検出部」に相当する）と共に、Ｙ軸回転ずれも検出できる（本発明の「第三検出部」に相当する）。さらに、軸状部材６の位置データを用いることで、Ｙ軸方向のずれ、Ｚ軸方向のずれ、及び、Ｘ軸回転ずれも検出可能となる。また、ワークＷが受光表面３１ａに対してずれて把持された場合も、軸状部材６の角部を基準として補正できる（本発明の「計測基準部」に相当する）。

本実施形態では、１つの軸状部材６が第一検出部、第三検出部、及び、計測基準部を兼ねているため、ワークＷの外周側に計測治具等を配置する必要がなくなる。さらに、本実施形態では、第二検出部７がリング状となっていない。したがって、ワークＷをテーブル３１上に搬送する際、テーブル３１上に配置の妨げとなる部材（配置位置の外周側に位置する部材）がなく、搬送作業が容易となる。

ここで、軸状部材６は、上記形状に限られない。例えば、図１８に示すように、軸状部材６は、円柱部６１と、円錐溝部６４と、リング部６３と、を備えてもよい。円錐溝部６４は、円柱部６１の上面６１ａの径よりも小さい径で上面６１ａに開口した円錐状の溝である。円錐溝部６４の最下点が当該円錐の頂点に相当する。この最下点（頂点）は、回転軸Ｒ上に位置している。ここでは、溝形状（円錐）の中心軸は、回転軸Ｒと一致している。これによっても、円錐溝部６４が円錐突起部６２と同様の機能を有し、上記同様の作用効果が発揮される。さらに、突起より溝のほうが製造しやすいため、生産性が向上し、上面が小さい軸状部材にも容易に対応できる。リング部６３は、回転軸Ｒを中心軸とした円筒状であってもよい。なお、軸状部材６の下端には、テーブル３１への取付性等の観点から、軸状部材６の最大径より大きな円盤状または径方向外方に延びる３指状からなる固定具（図示せず）を設けてもよい。

また、第三実施形態では、第二検出部７が基台部３３上に設置されているが、設置場所はテーブル３１と共に振動するものであればよい。例えば、基台部３３が作業机（図示せず）上に設置されている場合、第二検出部７は、基台部３３上でなく、当該作業机に設置されてもよい。基台部３３と作業机は互いに連動して振動する関係にあるため、上記設置位置でも、ずれを検出することができる。このように、第二検出部７は、テーブル３３が設置される設置台（例えば、基台部３３や作業机等）に設置されていればよい。

また、第一〜第三実施形態における各部は、相互に置き換えてもよい。例えば、第三実施形態において、第二検出部７を第二検出部５２２に置き換えてもよい。

また、ワークＷの把持については、ハンド部３１１の径方向外方及び内方のいずれの移動によってもよい。ワークＷは、円筒状に限らず、中心軸をもつリング状（環状）であればよい。

また、Ｙ軸方向のずれ、Ｚ軸方向のずれ、及び、Ｘ軸回転ずれの検出基準についても上記に限られない。例えば、所定点を少なくとも２点（例えばＤ１、Ｄ２）設定し、軸状部材６の角部を基準に、当該２点の位置データを算出するように設定する。そして、第三実施形態同様、当該２点の変化から上記ずれを検出してもよい。Ｙ軸方向のずれ又はＺ軸方向のずれの場合、２点がずれ方向に平行移動し、Ｘ軸回転ずれの場合、２点を結ぶ直線の傾きが変化するため、検出可能となる。

１、１０、１００：計測装置、 ２：センサ、
３：ロボットハンド、 ３０：回転台、 ３１：テーブル、 ３１ａ：受光表面、
３１１：ハンド部、 ３２：アーム部、 ４：コンピュータ、
５：基準冶具、 ５１：計測基準部、 ５２：ずれ検出部、
５２１：第一検出部、 ５２２、７：第二検出部、 ５２２ａ、７４：傾斜部、
６：軸状部材、 ６１：円柱部、 ６２：円錐突起部、 ６３：リング部、
６４：円錐溝部、
Ｒ：回転軸、 Ｗ：ワーク

Claims (20)

1. レーザーによるスリット光を照射する光源及び前記スリット光によって生じる光切断線を撮像する撮像部を有するセンサと、
   予め設定された計測開始位置に配置されて前記スリット光を受ける受光表面にワークを把持し、計測開始後に所定動作をするテーブルと、
   前記撮像部の撮像データを位置データに変換して前記ワークの形状を計測する計測部と、
   前記計測部に対し、前記受光表面のずれを検出可能な位置情報を提供するずれ検出部と、
   を備え、
   前記計測部は、前記位置情報に基づいて前記ずれを検出し、前記ずれが検出された場合、当該ずれに応じて前記位置データを補正して、前記ワークの形状を計測することを特徴とする計測装置。
2. 前記所定動作は、前記受光表面に直交する軸を回転軸として前記計測開始位置で行う回転動作であり、
   前記ずれ検出部は、前記計測部に対し、前記受光表面の前記計測開始位置からのずれを検出可能な位置情報を提供する請求項１に記載の計測装置。
3. 前記ずれ検出部は、
   自身の前記位置データによって前記ずれの量を検出可能とする第一検出部と、
   前記ずれの量が検出された場合、当該ずれの方向を検出可能とする第二検出部と、
   を有する請求項２に記載の計測装置。
4. 前記ワークは、筒状であり、
   前記計測開始位置は、前記回転軸が前記スリット光上に配置された位置であり、
   前記ずれは、前記回転軸の前記スリット光上からのずれであり、
   前記第一検出部は、前記受光表面の前記回転軸上に固定され、前記ずれの量に応じて前記スリット光上の位置が異なる請求項３に記載の計測装置。
5. 前記第二検出部は、前記第一検出部の所定部位が前記スリット光に対し、前記スリット光に直交する方向のどちら側に位置するかを検出可能とする請求項４に記載の計測装置。
6. 前記第一検出部の所定部位は、前記回転軸上の頂点である請求項５に記載の計測装置。
7. 前記第二検出部は、前記受光表面に前記回転軸を中心としたリング状に形成され、前記回転軸方向の端面には、周方向に傾斜した傾斜部が形成されている請求項５または６に記載の計測装置。
8. 前記テーブルが設置される設置台をさらに備え、
   前記第二検出部は、前記設置台に設置され、前記スリット光上に位置し且つ前記受光表面の回転における周方向に傾斜した傾斜部を有する請求項５または６に記載の計測装置。
9. 前記第二検出部は、前記スリット光に交差する別のスリット光を前記第一検出部に照射する光学センサである請求項５または６に記載の計測装置。
10. 前記スリット光に直交する軸をＸ軸とし、前記計測開始位置における前記回転軸に平行な軸をＺ軸とし、前記Ｚ軸および前記Ｘ軸に直交する軸をＹ軸とし、
    前記計測部に対し、前記受光表面の前記Ｙ軸を中心とした回転ずれを検出可能な位置情報を提供する第三検出部をさらに備える請求項２〜９の何れか一項に記載の計測装置。
11. 前記第一検出部及び前記第三検出部は、前記受光表面の前記回転軸上に固定された軸状部材からなり、
    前記軸状部材は、
    前記受光表面の前記回転軸上に前記回転軸と平行に固定された円柱状の円柱部と、
    底面の径が前記円柱部の上面の径よりも小さい円錐状の突起であって、当該円錐の頂点が前記回転軸上に位置するよう前記底面が前記上面に固定された円錐突起部と、
    前記円柱部の上面から離間し、前記円柱部の側面の一部から前記円柱部の全周に亘って突出したリング部と、
    を備える請求項１０に記載の計測装置。
12. 前記第一検出部及び前記第三検出部は、前記受光表面の前記回転軸上に固定された軸状部材からなり、
    前記軸状部材は、
    前記受光表面の前記回転軸上に前記回転軸と平行に固定された円柱状の円柱部と、
    前記円柱部の上面の径よりも小さい径で前記上面に開口した円錐状の溝であって、当該円錐の頂点が前記回転軸上に位置するよう前記上面に形成された円錐溝部と、
    前記円柱部の上面から離間し、前記円柱部の側面の一部から前記円柱部の全周に亘って突出したリング部と、
    を備える請求項１０に記載の計測装置。
13. 前記計測部は、
    前記軸状部材の位置データに基づいて、前記受光表面の前記Ｙ軸方向のずれ、前記Ｚ軸方向のずれ、および、前記Ｘ軸を中心とした回転ずれ、のうち少なくとも１つを検出し、前記位置データを補正する請求項１１又は１２に記載の計測装置。
14. 前記受光表面に固定され、前記所定動作が正確である場合に、前記スリット光上の位置が前記所定動作中常に同位置となる計測基準部をさらに備え、
    前記計測部は、前記計測基準部を基準として前記撮像データを前記位置データに変換する請求項１〜１３の何れか一項に記載の計測装置。
15. 前記所定動作は、前記受光表面に直交する軸を回転軸として前記計測開始位置で行う回転動作であり、
    前記計測開始位置は、前記回転軸が前記スリット光上に配置された位置であり、
    前記計測基準部は、前記受光表面に前記回転軸を中心としたリング状に形成される請求項１４に記載の計測装置。
16. 前記計測部は、
    前記スリット光に直交する軸をＸ軸とし、前記計測開始位置における前記回転軸に平行な軸をＺ軸とし、前記Ｚ軸および前記Ｘ軸に直交する軸をＹ軸とすると、
    前記計測基準部の前記位置データに基づいて、前記受光表面の前記Ｙ軸方向のずれ、前記Ｚ軸方向のずれ、および、前記Ｘ軸を中心とした回転ずれ、のうち少なくとも１つを検出し、前記位置データを補正する請求項１５に記載の計測装置。
17. 計測開始前に、前記受光表面を前記計測開始位置に配置するために前記テーブルを搬送する搬送部をさらに備える請求項１〜１６の何れか一項に記載の計測装置。
18. 前記軸状部材の角部は、前記所定動作が正確である場合に、前記スリット光上の位置が前記所定動作中常に同位置となり、
    前記計測部は、前記軸状部材の角部を基準として前記撮像データを前記位置データに変換する請求項１１〜１３の何れか一項に記載の計測装置。
19. レーザーによるスリット光を照射する光源及び前記スリット光によって生じる光切断線を撮像する撮像部を有するセンサと、
    前記スリット光を受ける受光表面にワークを把持するテーブルと、
    前記撮像部の撮像データを位置データに変換して前記ワークの形状を計測する計測部と、
    前記受光表面に固定され、計測開始後に所定動作する前記テーブルに対し、前記所定動作が正確である場合に、前記スリット光上の位置が前記所定動作中常に同位置となる計測基準部と、
    を備え、
    前記計測部は、前記計測基準部を基準として前記撮像データを前記位置データに変換し、前記ワークの形状を計測することを特徴とする計測装置。
20. レーザーによるスリット光を照射する光源及び前記スリット光によって生じる光切断線を撮像する撮像部を有するセンサと、
    予め設定された計測開始位置に配置されて前記スリット光を受ける受光表面にワークを把持し、計測開始後に所定動作をするテーブルと、
    前記撮像部の撮像データを位置データに変換して前記ワークの形状を計測する計測部と、
    前記計測部に対し、前記受光表面のずれを検出可能な位置情報を提供するずれ検出部と、
    を備え、
    前記計測部は、前記位置情報に基づいて前記ずれを検出し、前記ずれが検出された場合、当該ずれに応じて前記位置データを補正して、前記ワークの形状を計測し、
    前記ずれ検出部は、
    自身の前記位置データによって前記ずれの量を検出可能とする第一検出部と、
    前記ずれの量が検出された場合、当該ずれの方向を検出可能とする第二検出部と、
    を備えることを特徴とする計測装置。

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