JP2010286355A - 貫通穴測定装置及びワーク形状良否判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速かつ高精度に貫通穴の位置を測定すること。
【解決手段】 内側穴１４と外側穴１６とを有する貫通穴１８について、前記内側穴１４の外周領域を含む座面平面２２までの距離を測定することで、前記座面平面２２の座面法線方向ＣＸでの平面位置２４を算出する変位計３０と、前記貫通穴１８の貫通方向ＡＸを光軸ＯＸとして前記内側穴１４を撮像することで、貫通穴画像３８を生成するカメラ３２と、前記貫通穴画像３８を画像処理して前記内側穴１４の穴位置２６を算出する画像処理部３４と、前記座面平面２２の前記平面位置２４に、前記穴位置２６を合成する三次元測定部３６とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、貫通穴の位置や形状を測定する技術分野に関する。

貫通穴は、厚みのある板材に設けられた穴であり、板材の目的に応じて、冷却し、圧力を抜き、潤滑材を表面に案内し、または部品の取付穴となるなどの役割を果たす。このため、貫通穴が設計通りの位置、大きさ及び方向に設けられていないと、その板材（ワーク）は不良となる。板材及びその接合の不良が製造工程の下流で判明すると生産効率が悪化するため、貫通穴の位置や形状を検査するニーズがある。特に、溶接による接合では貫通穴の位置ずれが生じやすく、検具等による検査が必須となっている。
また、貫通穴として、Ｕ字貫通穴がある。U字貫通穴は、並行する２枚の板材を貫通するように空けられた２つの穴であり、Ｕ字内側で部品を受ける。２枚の板材とそれを繋ぐ部分でU字を形成し、多くの場合は、U字の内側で部品を受けて、長ボルトで共締めする。Ｕ字貫通穴は、「U字かぎ」を意味する「クレビス(clevis)」とも呼ばれる。そして、Ｕ字貫通穴は、２つの貫通穴で囲まれる内側の内側穴と、内側穴から板材の厚みを貫通した外側の外側穴とを持つ。Ｕ字貫通穴の寸法精度において、部品を受ける内側の位置及び形状が重要である。しかし、Ｕ字形状による空間的な制約があり、U字貫通穴の内側穴を三次元計測することは困難であった。
また、Ｕ字貫通穴の内側穴に限らず、壁面に近い単体の貫通穴について、壁面側の穴の位置及び形状を測定することも困難であった。

特許文献１には、冷却用の貫通穴の開口形状及び入射角の測定を目的として、カメラを三次元に駆動し、貫通穴をカメラ中心軸で撮像し、そのカメラの駆動状態に基づいて入射角を測定する手法が開示されている。
特許文献２には、部品取付用貫通穴の位置等の測定を目的として、ステレオカメラを用いて、カメラ側である貫通穴の外側穴の特徴と、内側穴の特徴とを検出する手法が開示されている。
特許文献３には、貫通穴の鮮明な画像を撮像し、貫通穴の同心度を測定することを目的として、貫通穴の内側から透過光を照射して、外側から撮像する手法が開示されている。

特開2002-365024号 特開2005-283267号 特開2006-275784号

上記特許文献１記載の手法では、穴の中心点とカメラの中心軸とが一致するまでカメラの位置を駆動するため、物理的な駆動のための時間が必要となり、高速な測定をすることができない。また、穴の中心点とカメラの中心軸が一致するまで位置決めを繰り返すため、予め定められた時間内に測定を完了させることが困難である。さらに、測定の精度を高めるためには、カメラを駆動した後、駆動による振動がなくなるまでの一定時間を待機しなければならないが、特許文献１記載の例では、カメラの駆動を繰り返さなければならず、極めて長時間の測定とするか、または、カメラが完全に停止することで得られる精密さを断念するかのいずれかとなってしまう。
上記特許文献２記載の手法では、ステレオカメラの性質として、視差となるカメラ間距離が必要であり、カメラ間距離が長い場合には、穴に対する角度が増し、穴の奥深く（U字の内側）を撮像できなくなってしまう。視差は計測精度と密接に関係しており、視差が大きいほど高精度であるが、穴に対する角度が増すため、撮像できる深さが減少し、浅い穴しか測れなくなってしまう。
上記特許文献３では、貫通穴の形状を画像処理により測定することができるが、貫通穴の位置を測定することができない。貫通穴の良否を判定するには、貫通穴の形状のみならず、貫通穴の位置の情報が必要となる。
また、上記各特許文献には、製造現場の限られた空間にて貫通穴の内側を測定するために良好な手法は、なんら開示されていない。
そして、上記各特許文献には、部品取付穴となる貫通穴の良否を製造工程にて判定する手法も、なんら開示されていない。

［課題１］このように、上記従来例では、高速かつ高精度に貫通穴の位置及び形状を測定することができない、という不都合があった。
［課題２］さらに、上記従来例では、部品取付穴となる貫通穴の良否を製造工程にて高速かつ高精度に判定することができない、という不都合があった。

［発明の目的］本発明の目的は、高速かつ高精度に貫通穴の位置を測定することにある。

［着眼点］本発明の発明者は、変位計と画像処理との組み合わせを工夫することで、上記課題を解決できるのではないか、との着想に至った。

［課題解決手段１］実施例１に対応する第１群の本発明は、板材を貫通し当該板材の表面に内側穴と外側穴とを有する貫通穴について、前記内側穴の外周領域を含む座面平面までの距離を測定することで、前記座面平面の座面法線方向での平面位置を算出する変位計と、前記貫通穴の貫通方向を光軸として前記内側穴を撮像することで、貫通穴画像を生成するカメラと、前記貫通穴画像を画像処理して前記内側穴の穴位置を算出する画像処理部と、前記座面平面の前記平面位置に、前記穴位置を合成する三次元測定部とを備えた、という構成を採っている。
これにより、上記課題１を解決した。

［課題解決手段２］ 実施例２に対応する第２群の本発明は、マスターワークの板材を貫通し当該板材の表面に内側穴と外側穴とを有する貫通穴について、当該マスターワークの複数の内側穴の位置をマスター貫通穴データとして予め記憶した記憶部と、測定対象のワークの複数の内側穴の外周領域を含む座面平面までの距離を測定することで、前記座面平面の座面法線方向での平面位置を算出する変位計と、前記貫通穴の貫通方向を光軸として前記内側穴を撮像することで、貫通穴画像を生成するカメラとを備えている。
第２群の本発明は、さらに、前記ワーク、変位計及びカメラのいずれか又は全部を駆動することで前記変位計を前記座面平面に向けて位置決めすると共に前記カメラを前記外側穴に向けて位置決めするロボットと、前記貫通穴画像を画像処理して前記内側穴の穴位置を算出する画像処理部と、前記座面平面の前記平面位置に、前記穴位置を合成することで前記マスター貫通穴データに対応するワーク貫通穴データを生成する三次元測定部と、前記マスター貫通穴データと前記ワーク貫通穴データとを比較することで、前記ワークの形状の良否を判定する良否判定部とを備えた、という構成を採っている。
これにより、上記課題２を解決した。

本発明は、本明細書の記載及び図面を考慮して各請求項記載の用語の意義を解釈し、各請求項に係る発明を認定すると、各請求項に係る発明は、上記背景技術等との関連において次の有利な効果を奏する。

［発明の作用効果１］ 課題解決手段１の貫通穴測定装置は、カメラが、貫通穴の貫通方向を光軸として前記内側穴を撮像した貫通穴画像を生成し、画像処理部が、この貫通穴画像を画像処理して前記内側穴の穴位置を算出し、変位計が、前記内側穴の外周領域を含む座面平面までの距離を測定し、そして、三次元測定部が、座面平面の前記平面位置に、前記穴位置を合成する。
従って、変位計は座面平面までの距離を測定すれば良く、画像処理による内側穴の穴位置と合成することで、貫通穴の内側穴の位置を測定することができる。

［発明の作用効果２］ 課題解決手段２のワーク形状良否判定装置は、記憶部が、予めマスター貫通穴データを記憶し、良否判定部が、前記マスター貫通穴データとワーク貫通穴データとを比較することで、前記ワークの形状の良否を判定することができ、しかも、個々の貫通穴の穴位置がマスターワークでの正常な貫通穴とどの程度ずれているのかを定量的に把握することができる。

本発明の一実施形態の構成例を示すブロック図である。（実施例１） Ｕ字貫通穴の一例を示す斜視図である。（実施例１及び２） 実施例１の構成例を示す説明図である。（実施例１） 図４（Ａ）から（Ｄ）は座面平面等の一例を示す説明図である。（実施例１及び２） 図５（Ａ）から（Ｃ）は内側穴と平面位置の測定箇所との関係を示す説明図である。（実施例１及び２） 図６（Ａ）から（Ｅ）は貫通穴画像による二次元測定と、変位計による一次元測定とを合成する一例を示す説明図である。（実施例１及び２） 図７（Ａ）から（Ｂ）はカメラの座標系と変位計の座標系との関係の一例を示す説明図である。（実施例１及び２） 図８は測定軸と光軸との関係の一例を示す正面図である。（実施例１及び２） 図９（Ａ）から（Ｃ）は貫通穴画像とノイズとの関係の一例を示す説明図である。（実施例１及び２） 図１０（Ａ）から（Ｂ）は貫通穴画像の一例を示す説明図である。（実施例１及び２） 図１１は実施例１の処理工程の一例を示すフローチャートである。（実施例１） 図１２（Ａ）から（Ｃ）は実施例１と比較したステレオカメラによる測定の一例を示す説明図である。 図１３はステレオカメラで内側穴を測定する一例を示す説明図である。 図１４（Ａ）から（Ｂ）は壁面近くの対象物を測定する一例を示す説明図である。（実施例１及び２） 図１５は図１４（Ｂ）に示す構成での貫通穴画像の一例を示す説明図である。（実施例１及び２） 図１６はＵ字貫通穴の２つの内側穴を同時に測定する構成例を示す説明図である。（実施例１及び２） 図１７は実施例２の機能の構成例を示すブロック図である。（実施例２） 図１８は実施例２の機構の構成例を示す斜視図である。（実施例２） 図１９（Ａ）から（Ｄ）はマスター貫通穴データとカメラ位置データとワーク貫通穴データ（近似円）との関係の一例を示す説明図である。（実施例２） 図２０はワークの一例を示す説明図である。（実施例２） 図２１は実施例２の操作の工程例を示すフローチャートである。（実施例２） 図２２（Ａ）から（Ｃ）はワーク配置関係データの一例を示す説明図である（実施例２）。 図２３（Ａ）から（Ｄ）はワーク配置関係データの他の例を示す説明図である。（実施例２） 図２４はワークである自動二輪車のフレームの一例を示す側面図である。（実施例２） 図２５はマスター配置関係データの一覧の一例を示す図表である。（実施例２） 図２６は実施例２の処理工程の前段を示すフローチャートである。（実施例２） 図２７は実施例２の処理工程の後段を示すフローチャートである。（実施例２） 図２８は貫通穴画像と近似円との一例を示す説明図である。（実施例１及び２）

発明を実施するための形態として、２つの実施例を開示する。実施例１は貫通穴測定装置であり、実施例２はワーク形状良否判定装置である。実施例１から２までを含めて実施形態という。

＜1 貫通穴測定装置＞
＜1.1 変位計と画像処理＞
まず、本実施形態の実施例１を開示する。実施例１は、貫通穴１８が本来の役割を果たすことができる状態となっているか否かを検査するために、貫通穴１８の位置を測定する技術である。

実施例１の貫通穴測定装置は、その主要な要素として、変位計３０と、カメラ３２と、画像処理部３４と、三次元測定部３６とを備えている。

図１に示す貫通穴測定装置の測定対象は貫通穴１８であり、貫通穴１８は、板材１０を貫通し当該板材１０の表面１２に内側穴１４と外側穴１６とを有する。そして、変位計３０は、前記内側穴１４の外周領域を含む座面平面２２までの距離を測定することで、前記座面平面２２の座面法線方向ＣＸでの平面位置２４を算出する。すなわち、変位計３０は、内側穴１４の位置ではなく、内側穴１４の外周領域となる座面平面２２の位置を測定する。変位計３０としては、一次元又は二次元の通常のレーザ距離計等を使用することができる。内側穴１４は、座面平面２２上に円周を持つ。

カメラ３２は、前記貫通穴１８の貫通方向ＡＸを光軸ＯＸとして、前記内側穴１４を撮像することで、貫通穴画像３８を生成する。カメラ３２の光軸ＯＸを貫通穴１８の貫通方向ＡＸとすると、カメラ３２の撮像面は座面平面２２と平行となる。そして、この方向にて撮像すると、外側穴１６より小さい円が撮像される。この小さい円が内側穴１４である。この内側穴１４が撮像された画像を貫通穴画像３８という。

画像処理部３４は、前記貫通穴画像３８を画像処理して、前記内側穴１４の穴位置２６を算出する。例えば、二値化処理、判別分析又は空間微分処理等を用いて、内側穴１４となる円形のエッジＥＧを抽出し、この抽出したエッジＥＧの近似円ＣＬについて画像上の直径又は半径２８の画素数と、予め測定した単位画素当たりの長さ（スケール）等とに基づいて、内側穴１４の実際の穴位置２６を算出する。内側穴１４の穴位置２６と共に、内側穴１４の半径２８を算出するようにしても良い。

そして、三次元測定部３６は、前記座面平面２２の前記平面位置２４に、前記穴位置２６を合成する。一次元の平面位置２４と、二次元の穴位置２６とを合成したデータを、三次元データ２９という。半径２８を算出する際には、半径２８を含めて三次元データ２９を生成する。このように、実施例１では、二次元の画像計測と、一次元又は二次元の変位計３０を併用することで、貫通穴１８の内側穴１４を三次元計測することができる。

図２を参照すると、Ｕ字貫通穴６０は、貫通穴１８Ａ，１８Ｂを２つ有する。Ｕ字貫通穴６０の場合、２つの貫通穴１８Ａ，１８Ｂに挟まれる側を内側とする。従って、Ｕ字貫通穴６０が部品の取り付けに使用される際には、座面２０Ａ，２０Ｂと内側穴１４Ａ，１４Ｂは取付部品側となる。部品取付方向ＰＸにて、２つの貫通穴１８Ａ，１８Ｂの内側に、取付部品のための空間があり、変位計３０は、この取付部品用のスペースを利用することができる。また、取付部品を締結するため、締付ボルトなどを挿入するボルト挿入方向ＢＸにて、２つの貫通穴１８Ａ，１８Ｂの外側穴１６Ａ，１６Ｂの外側に、当該締付ボルト等を挿入するための空間がある。カメラ３２は、この締付ボルトなどの挿入用のスペースを利用することができる。

本実施形態で測定対象とするのは主に内側穴１４であり、内側穴１４の円周は座面平面２２に含まれるため、図２に示すように、Ｕ字貫通穴での２つの座面平面２２Ａ，２２Ｂは取付部品用の空間側に定義される。この２つの座面平面２２Ａ，２２Ｂが平行な際には、座面平面２２Ａ，２２Ｂの定義（座標系）を１つとしても良い。

図３に示す例では、前記変位計３０として、レーザ方式の変位計３０を採用している。この変位計３０は、レーザ照射部４０と、レーザ受光部４２と、距離算出部４４とを備えている。そして、レーザ照射部４０は、レーザ光源５０と、ミラー５２とを備えている。
レーザ光源５０は、前記板材１０の表面１２（座面２０Ａ）と平行な方向に前記レーザ光ＬＢを発光する。ミラー５２は、レーザ光ＬＢを前記板材１０の前記表面１２の座面法線方向ＣＸに反射して前記座面平面２２Ａに導くことで、測定軸ＬＸを座面平面２２Ａの法線方向とする。図３に示す例では、部品取付方向ＰＸに向けてレーザ光ＬＢを照射し、ミラー５２で座面平面２２Ａの法線方向に反射させている。

レーザ受光部４２は、前記座面平面２２にて反射する反射光ＲＢを受光し、距離算出部４４は、前記反射光ＲＢに基づいて前記座面平面２２までの距離を算出し、平面位置２４とする。この距離は、基準位置からの変位量として算出することができる。図中、レーザ光ＬＢと反射光ＲＢとを同一線上に描いているが、変位計３０が三角測量の原理により変位量を算出する際には、レーザ光ＬＢと反射光ＲＢとは予め定められた角度を成す。

また、好ましい例では、変位計３０と、ミラー５２とを一体とすると良い。図３に示す例では、変位計３０は、レーザ光源５０及びレーザ受光部４２と、ミラー５２とを支持する支持体５８を備えている。そして、変位計３０は、変位計誘導部４６によって測定する位置まで誘導される。変位計誘導部４６は、例えば、エアスライダーである。

カメラ３２は、貫通穴１８Ａを撮像することで、外側穴１６Ａ及び内側穴１４Ａを撮像し、貫通穴画像３８を生成する。画像処理部３４は、貫通穴画像３８を処理することで座面平面２２内での穴位置２６を算出する。画像処理部３４は、内側穴１４Ａの半径２８を追加的に算出するようにしても良い。三次元測定部３６は、平面位置２４と穴位置２６とを合成することで、内側穴１４Ａの三次元での位置を算出する。三次元測定部３６は、内側穴１４Ａの半径２８が算出される例では、平面位置２４と、穴位置２６と、半径２８とを合成する。
また、図３に示す例では、後述する透過光照射部５４と透過光駆動部５６とを備えている。

図４を参照すると、変位計３０を使用した座面２０の位置を測定する代表的な例として、３点計測と、法線を既知とする１点計測とがある。図４（Ａ）に示す例では、座面２０の座面平面２２に対する座面法線方向ＣＸを既知とし、測定軸ＬＸと同軸としている。座面法線方向ＣＸを既知とする仮定は、内側穴１４が座面平面２２にて正円で、変位計３０の測定軸ＬＸと座面法線方向ＣＸとが平行であるという仮定である。
この例では、測定箇所Ｐ１の箇所を測定し、測定箇所までの距離を座面平面２２の平面位置２４とする。

図４（Ｂ）に示す例では、３つの測定箇所ＰＴ１，ＰＴ２及びＰＴ３を測定し、図４（Ｃ）又は図４（Ｄ）に示す測定結果を得る。図４（Ｃ）に示す例では上記仮定の条件を満たし、測定軸ＬＸに対して座面２０の傾きが無く、一方、図４（Ｄ）に示す例では傾きが有る。測定対象の製造工程の環境など測定条件によっては、法線を既知とすることで、１点計測により平面を算出することができる。また、数学的には３点を計測すると平面を求めることができるため、座面粗さが整っていない場合には、３点以上の計測をしても良い。
部品の溶接等による製造工程では、貫通穴１８の座面平面２２の粗さや傾きは小さく、一方、予め定められた位置からの乖離が生じることがあり、この座面平面２２の位置の乖離が製造部品等の不良となりやすいため、法線を既知とした１点計測の適用範囲は広い。

図５を参照すると、変位計３０にて、図５（Ａ）に示す穴の穴位置２６を測定するには、図５（Ｂ）に示すように、少なくとも３点の円周上の測定箇所Ｐ１，Ｐ２及びＰ３の測定が必要であり、図５（Ｃ）に示すような走査が必要となる。そして、変位計３０の測定精度を高めるには、変位計３０の構成要素の走査後の振動の影響を排除する必要がある。このため、３点を走査する毎に、振動が低減するまでの待機時間が必要となり、測定時間が長時間となってしまう。
このため、本実施例では、変位計３０により内側穴１４の穴位置２６を測定するのではなく、カメラ３２と画像処理部３４により内側穴１４の穴位置２６を測定する。これにより、測定精度を維持しつつ測定時間を短時間とすることができる。

図６を参照すると、カメラ３２は、図６（Ａ）に示す貫通穴画像３８を生成する。貫通穴画像３８には、板材１０と、外側穴１６と、内側穴１４とが撮像される。画像処理部３４は、図６（Ａ）に示す貫通穴画像３８を二値化処理して、図６（Ｂ）に示すエッジＥＧを抽出する。画像処理部３４は、さらに、このエッジＥＧを円で近似し、例えば、円又は楕円でエッジＥＧをフィッティングして、二値化したイメージデータから近似円ＣＬを算出する。そして、この近似円ＣＬから円の中心位置等の穴位置２６と半径２８とを算出し、これを三次元の座標系に変換する。これにより、内側穴１４の穴位置２６として、例えば内側穴１４の中心位置を算出することができる。また、フィッティングした近似円ＣＬの大きさと、単位画素当たりの実空間での長さとに基づいて、内側穴１４の半径２８を算出することもできる。

変位計３０は、レーザ測定により、座面平面２２の平面位置２４を測定する。そして、三次元測定部３６は、図６（Ｅ）に示すように、変位計３０が測定した平面位置２４に、画像処理部３４が算出した穴位置２６を合成する。これにより、内側穴１４の三次元データ２９を算出し、内側穴１４の位置ずれ情報を得ることができる。また、半径２８を算出する例では、内側穴１４の位置ずれ情報と共に、内側穴１４の大きさ情報を得ることができる。

なお、変位計３０が３点計測し、座面平面２２の基準平面に対する傾きを算出できる際には、この傾き情報から、フィッティングさせる近似円ＣＬの円を歪曲させると良い。また、座面平面２２の平面位置２４が予め定められた基準平面から予め定められた距離（変位量）以上離れている際には、画像処理部３４が算出した半径２８について、当該変位量に応じてこの半径２８の値を拡大縮小する補正をすると良い。

図７（Ａ）を参照すると、カメラ３２は、内側穴１４を含む座面平面２２を三次元座標系のｘ軸及びｙ軸として撮像すると良い。貫通穴画像３８からカメラ３２の光軸ＯＸ方向の長さを求めることはできない。内側穴１４の位置が基準位置よりもカメラ３２側であれば、図７（Ａ）に示す座面平面２２Ｄの位置となり、貫通穴画像３８上の内側穴１４の大きさ（半径２８）は小さくなる。
図７（Ｂ）を参照すると、変位計３０は、測定軸ＬＸを三次元座標系のｚ軸として座面平面２２の平面位置２４を測定すると良い。変位計３０は、座面平面２２の基準位置からの変位量を測定して基準位置に加算すると、図７（Ｂ）に示すｚ軸の値とすることができる。

実施例１では、好ましくは、前記変位計３０及び前記カメラ３２を、前記反射光ＲＢによる測定軸ＬＸと前記カメラ３２の光軸ＯＸとを平行とする位置に配置すると良い。
図２、図３及び図８に示すように、まず、カメラ３２の光軸ＯＸを法線とする平面を座面平面２２とし、この座面平面２２をｘ軸とｙ軸とで定義する。そして、変位計３０の測定軸ＬＸを、座面平面２２の法線方向となるｚ軸と平行となるように配置する。図３及び図８に示す例では、変位計３０を部品取付方向ＰＸと平行に配置し、レーザ光ＬＢをカメラ３２の光軸ＯＸと平行となる方向に反射させるミラー５２を配置する。これにより、カメラ３２によるｘ軸及びｙ軸からなる平面と、変位計３０によるｚ軸の平面とを合成可能に定義する。

・1.1 変位計と画像処理の効果
上述のように、カメラ３２が、貫通穴１８の貫通方向ＡＸを光軸ＯＸとして前記内側穴１４を撮像した貫通穴画像３８を生成し、画像処理部３４が、この貫通穴画像３８を画像処理して前記内側穴１４の穴位置２６を算出し、変位計３０が、前記内側穴１４の外周領域を含む座面平面２２までの距離を測定し、そして、三次元測定部３６が、座面平面２２の前記平面位置２４に、前記穴位置２６を合成するため、変位計３０は座面平面２２までの距離を測定すれば良く、画像処理による内側穴１４の穴位置２６と合成することで、貫通穴１８の内側穴１４の位置を測定することができる。
変位計単体で三次元計測することと比較して、大幅に短時間で内側穴１４の位置を測定することができる。そして、内側穴１４の位置を短時間で測定できると、製造工程にて貫通穴１８の不良を的確に判定することができ、さらに、外側穴１６ではなく、内側穴１４を測定することで、貫通穴１８の良否の判定に有用な情報を提供することができる。
また、前記変位計３０及び前記カメラ３２を、前記反射光ＲＢによる測定軸ＬＸと前記カメラ３２の光軸ＯＸとを平行とする位置に配置しすると、カメラ３２によるｘ軸及びｙ軸の平面と、変位計３０によるｚ軸とを特別な計算をすることなく三次元に合成することができる。

＜1.2 透過照明とミラー＞
画像処理部３４は、貫通穴画像３８を対象として内側穴１４となる円を画像処理により抽出する。実施例１では、好ましくは、この円の抽出処理を安定させるために、透過照明を用いる。透過照明を用いると、通常照明による画像計測よりエッジＥＧの抽出が容易となり、画像処理計算時間を高速とし、かつ、計測精度を高めることができる。

再度図３を参照すると、実施例１の貫通穴測定装置は、好ましくは、前記カメラ３２が撮像する際に前記ミラー５２に向けて透過光ＬＤを照射する透過光照射部５４を備えると良い。透過光照射部５４は、変位計３０に併設され、例えば、ＬＥＤ照明である。また、図３に示す例では、この透過光照射部５４を駆動する透過光駆動部５６を備えている。透過光駆動部５６は、変位計３０による測定時には透過光照射部５４を図３中右側に駆動することでレーザ光ＬＢを通し、一方、カメラ３２が撮像する際には、透過光照射部５４を図中左側へ駆動する。これにより、透過光ＬＤをミラー５２及び内側穴１４に向けて照射する。透過光駆動部５６は、例えば、エアシリンダで構成することができる。

このように、変位計３０とミラー５２との間に、透過光照射部５４（例えば、LED照明）を挿入すると良い。そして、カメラ３２による画像取得および画像処理部３４による画像処理を行い、画像計測とレーザ測距とを統合する。

図９（Ａ）に示すように、透過光ＬＤを使用せずに、カメラ３２側から照明をすると、板材１０の外側穴１６側の座面２０と、外側穴１６とが撮像される。この図９（Ａ）に示す貫通穴画像３８を用いると、外側穴１６に対応する円を一定の安定性で抽出することができる。しかし、板材１０が金属である場合には、反射が生じ、図９（Ｂ）に示すように、光源光の反射により高輝度となる輝点ＢＲや、外乱光ＳＤの影響で、抽出するエッジＥＧが小さくなることがある。この例では、外側穴１６よりも近似円ＣＬが小さくなってしまう。また、図９（Ｃ）に示すように、外側穴１６側の座面２０に汚れＳＰがあると、抽出するエッジＥＧが大きくなり、近似円ＣＬが大きくなってしまう。

また、二輪車のフレーム９８のような金属部品の製造工程では、照明条件を一様にすることが難しい。そして、金属素材が光りやすく露光調整が困難であり、外乱光ＳＤや作業者の影などを回避するために、ワーク７６全体や、さらには装置全体を覆う必要がある。覆うための設備で装置が大型化し、覆うための時間で計測時間が増大してしまう。このように、通常照明では、明暗差が少なく、外乱光ＳＤや作業者の影による誤検出が起きやすい。

図１０（Ａ）に示すように、変位計３０側にも照明されている状態では、カメラ３２は、ミラー５２を介して、変位計３０を撮像する。そして、外側穴１６と共に、内側穴１４の全周が撮像される。さらに、図３に示す透過光照射部５４を使用すると、図１０（Ｂ）に示すように、内側穴１４の内部が透過照明による明るい輝度値となり、その他の部分が暗となる。実際、外側穴１６の内側（貫通穴１８の内部）と座面２０との輝度差よりも、内側穴１４の外周から貫通穴１８の内部の輝度値と、内側穴１４の内部の輝度値との差が大きくなる。このように、透過光ＬＤを用いることで、外側穴１６ではなく、内側穴１４の特徴を撮像することができる。そして、透過光照射部５４を使用した貫通穴画像３８は、装置全体を覆う必要もなく、外乱光ＳＤの影響も受けず、作業者の影による影響も受けず、安定して、内側穴１４の外周にて明確な輝度差を得ることができる。

また、透過光照射部５４の位置の切替に際して、透過光照射部５４（例えば、ＬＥＤ照明）は完全には静止しておらず移動による振動が継続中であっても、貫通穴画像３８を良好に撮像することができ、計測精度を維持することができる。従って、変位計３０による測定と、カメラ３２による測定の切替を高速に行うことができる。
このように、カメラ３２と画像処理部３４とによる画像計測では、カメラ３２とワーク７６（測定対象物）とが静止していれば、透過光照射部５４が振動していても、計測精度を保つことができる。すなわち、透過光ＬＤによる照明やミラー５２が動いても、貫通穴画像３８は変わらず、計測精度に影響しない。このため、防振対策不要で、LED照明の挿入機構は安価のエアスライダー等の機構でよく、防振待機不要であり、計測時間が延びない、という効果がある。

また、透過光照射部５４の駆動ではなく、ハーフミラーを使用することも考えられる。ハーフミラーは、２つの機器を組み合わせる上で有効な手段であるが、変位計３０で使用する場合、ハーフミラーにより光量が減衰することに加え、ハーフミラーで分光されたレーザ光ＬＢが計測対象外の物質に当たることで、誤検出や計測精度低下が起こす不具合がある。

図１１を参照すると、図３に示す変位計誘導部４６は、部品取付方向ＰＸにて変位計３０を誘導し、ミラー５２が内側穴１４の高さとなる位置に位置決めする（ステップＳ０１）。このステップＳ０１に前後して、カメラ３２を配置する（ステップＳ０２）。このステップＳ０１及びＳ０２では、変位計３０及びカメラ３２の配置後、防振のために一定時間の待機が必要である。次に、変位計３０は、内側穴１４側の座面平面２２の基準位置からの変位量を測定することで、当該座面平面２２の平面位置２４を測定する（ステップＳ０３）。

そして、透過光駆動部５６は、透過光照射部５４を変位計３０のレーザ照射部４０とミラー５２との間に挿入し、照明させる（ステップＳ０４）。このステップＳ０４では、透過光照射部５４が完全に静止する前にカメラ３２で撮像することができる。そして、透過光照射部５４を挿入するだけであるため、変位計３０による測定とカメラ３２による撮像との切替を高速に行うことができる。続いて、カメラ３２の撮像により貫通穴画像３８を生成し（ステップＳ０５）、画像処理部３４による画像処理により内側穴１４となるエッジＥＧを抽出し、近似円ＣＬのフィッティングにより内側穴１４の穴位置２６と、必要な際には半径２８を算出する（ステップＳ０６）。そして、三次元測定部３６は、変位計３０による平面位置２４と穴位置２６とを合成する（ステップＳ０７）。

ここで、本実施例１の手法を他の手法と比較する。
レーザによる変位計３０のみを使用して貫通穴１８の三次元位置を測定しようとすると、１穴に対して、貫通穴１８の外周部（円周）をスキャンする時間が長くなり、多数穴に対しては、計測時間を短縮することが難しい。また、カメラ３２に比べて、変位計３０は高額であり、高速化のために複数の変位計３０を用いることは、装置全体を高額なものにしてしまう。

一方、 三次元計測を行う手法の１つとして、２台のＣＣＤカメラの視差から計測を行う、ステレオカメラがある。
図１２を参照すると、ステレオカメラでは、視差を得るために、ある程度のカメラ間距離ＣＭが必要となる。カメラ間距離ＣＭが大きいほど高精度となるが、視差が大きいと、外側穴１６のみが撮像され、内側穴１４を撮像することができない。すなわち「穴径＞カメラ間距離ＣＭ」の制約があり、カメラ３２を配置できなくなってしまう。そして、測定対象とする全ての穴に対して、ステレオカメラ（角度をつけた２つのカメラ）の視線を維持することが難しい。

図１２（Ａ）に示す例では、カメラ３２Ａ１とカメラ３２Ａ２との間のカメラ間距離ＣＭ１は長く、精度の高い測定が可能となるが、内側穴１４の一部しか撮像されず、内側穴１４までの距離を測定することが難しい。図１２（Ｂ）に示す例では、カメラ３２Ｂ１とカメラ３２Ｂ２との間のカメラ間距離ＣＭ２は中程度で、中程度の精度での測定が可能となるが、やはり、内側穴１４の一部しか撮像されず、内側穴１４までの距離を測定することが難しい。図１２（Ｃ）に示す例では、カメラ３２Ｃ１とカメラ３２Ｃ２との間のカメラ間距離ＣＭ３は短く、そして、内側穴１４の全体が撮像されている。しかし、カメラ間距離ＣＭ３が短く、距離の測定精度が低精度となってしまう。

そして、配置のために必要な空間は、「U字貫通穴６０で必ず可能な装置配置スペース」よりも広いため、穴数が増えるほど、ステレオカメラが配置できる条件は厳しくなる。また、自由にカメラを配置するために、多関節ロボットを使用しようとすると、多関節の積み上げによる繰り返し位置決め精度の低下が、計測装置の計測精度を低下させてしまう。

図１３に示すように、内側穴１４までの距離を測定するために、U字貫通穴６０の片方の貫通穴１８Ｂを避けて、もう片方の貫通穴１８Ａの内側穴１４Ａを撮像する場合には、穴の両側にカメラ３２Ａ１，３２Ａ２を配置するためのスペースが必要となってしまう。また、ミラー５２を使用してU字貫通穴６０の片方を避ける場合にも、U字貫通穴６０の内側と同じ空間にスペースが必要となってしまう。

一方、図１４（Ａ）を参照すると、本実施例１の手法では、壁面４８に近くの内側穴１４を良好に計測することができる。また、図１４（Ｂ）に示すように、U字貫通穴６０は穴径が同じことが多く、片側の貫通穴１８Ａを通して、奥の貫通穴１８Ｂを撮像することもできる。この例では、壁面４８などの障害物に近い外側穴１６Ｂを、障害物側から測定したい場合にも有用である。図１４（Ｂ）に示す構成で撮像すると、図１５に示す貫通穴画像３８が撮像される。図１５に示すように、円の内側から、奥の貫通穴１８Ｂの外側穴１６Ｂ、内側穴１４Ｂ、手前の貫通穴１８Ａの内側穴１４Ａ、外側穴１６Ａの順序で撮像され、全ての貫通穴の位置と大きさとを測定することができる。

・1.2 透過照明とミラーの効果
上述のように、変位計３０とミラー５２との間に透過光照射部５４を挿入する例では、レーザ計測と画像計測の切替を速くすることができる。すなわち、透過光照射部５４（ＬＥＤ）の防振対策不要で、挿入機構を安価な構成とすることができ、また、防振待機が不要であり、計測時間を延ばすことがない。

＜1.3 Ｕ字貫通穴同時測定＞
次に、Ｕ字貫通穴を同時に測定する手法を説明する。再度図２を参照すると、U字貫通穴は、U字内側に部品を受ける構造であり、部品取付方向ＰＸでの取付部品スペースと、ボルト挿入方向ＢＸでの締付ボルト等の挿入スペースは確保されるが、その他は必ずしも空きスペースとは限らず、製造工程での壁面４８や別のライン等となっている可能性もある。
そして、取付部品には、サスペンションのような棒状の部品もあり、棒状部品のみの空間しか許容されないと、図１３に示すようなU字貫通穴の片方を避ける手法を採用しようとしても、カメラ３２を配置することができない。

実施例１でＵ字貫通穴を同時測定する貫通穴測定装置は、主要な構成として、図１６に示すように、２つの変位計３１Ａ，３１Ｂと、２つのカメラ３３Ａ，３３Ｂと、２つの貫通穴画像３８を画像処理して内側穴１４Ａ，１４Ｂの穴位置２６を算出する画像処理部３４と、２つの平面位置２４と２つの穴位置２６とを三次元座標系にて合成する三次元測定部３６とを備えている。

図１６に示す例では、Ｕ字貫通穴６０は、２つの板材１０のそれぞれの貫通穴１８からなる。そして、変位計３１Ａ，３１Ｂは、各板材１０の内側に設けられた内側穴１４の外周領域を含む座面平面２２までの距離をそれぞれ測定することで、前記２つの座面平面２２の座面法線方向ＣＸでの平面位置２４をそれぞれ算出する。それぞれの変位計３１Ａ，３１Ｂは、予め定められた基準位置からの各座面平面２２の変位量を算出し、２つの平面位置２４を同一の三次元座標の座標値として算出することができる。
その他、変位計３１Ａ，３１Ｂは、図３に示す変位計３０と同様の構成とすることができる。

２つのカメラ３２は、それぞれの貫通穴１８の貫通方向ＡＸを光軸ＯＸとして前記外側穴１６及び外側穴１６の内側を撮像することで、２つの貫通穴画像３８を生成する。画像処理部３４は、これら２つの貫通穴画像３８を画像処理して前記内側穴１４の穴位置２６を算出する。穴位置２６は、例えば、内側穴１４の中心位置とし、さらに、半径２８を算出すると良い。また、中心位置に代えて、円周上の予め定められた点の位置等としても良い。
そして、三次元測定部３６は、前記それぞれの座面平面２２の前記平面位置２４に、前記穴位置２６を合成する。また、三次元測定部３６は、予め定められたマスター座標系にて、２つの貫通穴１８Ａ，１８Ｂの三次元データ２９を合成する合成処理６６を備えるようにしても良い。

図１６に示す例では、図３に示す構成を２つ組み合わせることで、U字貫通穴の両側を同時に測定する。貫通穴１８は、２つセットで施されることが多いため、Ｕ字貫通穴の両側の同時測定は製造現場にて有用である。そして、板材１０が厚材である場合、表と裏（U字の内と外）で、穴中心位置は異なっており、部品を受ける内側穴１４を測定したいニーズがあるものの、空間的制約から、外側穴１６の穴位置２６の計測で代用する場合が多い。この点、図１６に示す例では、Ｕ字貫通穴のそれぞれの内側穴１４の位置を測定することができる。

図１６に示す例では、ミラー部６４は、２つのミラー５２を有する。この２つのミラー５２は、ミラー部６４に一体的に装備され、変位計誘導部４６の誘導に応じて図中同時に上下動する。
また、図１６に示す例では、透過光照射部５４を２つ設置しているが、Ｕ字貫通穴６０の両側を同時に測定する際には、透過光照射部５４の光源を１つとしても良い。

・1.3 Ｕ字貫通穴同時測定の効果
上述のように、Ｕ字貫通穴６０を同時測定する例では、Ｕ字貫通穴６０の内側穴１４の位置を一定の精度で高速に測定することができる。そして、部品を受けるＵ字内側の内側穴１４を測定できることから、Ｕ字貫通穴の製造工程における良否の判定に特に有用な測定を行うことができる。

＜2 ワーク形状良否判定装置＞
＜2.1 マスターデータと比較＞
次に、実施例２を開示する。
実施例２のワーク形状良否判定装置は、予めマスターワーク７０の貫通穴１８の位置や貫通穴１８間の関係等を測定し、記憶しておき、測定対象となるワーク７６の貫通穴１８を実施例１に開示した手法で測定すると共に、マスターワーク７０の貫通穴１８の位置等と比較することで、ワーク７６の良否を判定する。
この実施例２のワーク形状良否判定装置は、その主要構成として、記憶部７４と、カメラ３２と、ロボット８０と、画像処理部３４と、三次元測定部３６と、良否判定部８２とを備えている。

図１７を参照すると、貫通穴１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは、マスターワーク７０の板材１０を貫通している。そして、実施例１と同様に、貫通穴１８は、当該板材１０の表面１２に内側穴１４と外側穴１６とを有する。
記憶部７４は、貫通穴１８について、当該マスターワーク７０の複数の内側穴１４の位置をマスター貫通穴データ７２として予め記憶している。内側穴１４の位置は、実施例１の構成や高精度の三次元測定器６８で測定可能な内側穴１４の位置情報であり、例えば、実施例１での内側穴１４の穴位置２６と平面位置２４とである。

変位計３０は、実施例１と同様に、測定対象のワーク７６の複数の内側穴１４の外周領域を含む座面平面２２までの距離を測定することで、前記座面平面２２の座面法線方向ＣＸでの平面位置２４を算出する。カメラ３２は、実施例１と同様に、前記貫通穴１８の貫通方向ＡＸを光軸ＯＸとして前記内側穴１４を撮像することで、貫通穴画像３８を生成する。

ロボット８０は、前記ワーク７６、変位計３０及びカメラ３２のいずれか又は全部を駆動することで、前記変位計３０を前記座面平面２２に向けて位置決めすると共に、前記カメラ３２を前記外側穴１６に向けて位置決めする。また、ワーク７６の駆動を予め製造工程に装備された機構で位置決めし、変位計３０とカメラ３２とをエアスライダー等のロボット８０で測定位置まで駆動するようにしても良い。実施例２のロボット８０は、実施例１の変位計誘導部４６や、透過光駆動部５６を備えると良い。

画像処理部３４は、前記貫通穴画像３８を画像処理して前記内側穴１４の穴位置２６を算出し、三次元測定部３６は、前記座面平面２２の前記平面位置２４に、前記穴位置２６を合成することで前記マスター貫通穴データ７２に対応するワーク貫通穴データ７８を生成する。画像処理部３４は、穴位置２６を算出すると共に、内側穴１４の半径２８を算出するようにしても良い。この場合、三次元測定部３６は、平面位置２４に、穴位置２６及び半径２８を合成する。

さらに、実施例２では特に、良否判定部８２が、前記マスター貫通穴データ７２と前記ワーク貫通穴データ７８とを比較することで、前記ワーク７６の形状の良否を判定する。これにより、ワーク７６の貫通穴１８が予め定められ役割を果たす位置となっているかを判定することができる。形状の良否は、不良品の発見を目的とする検査では、合格または不合格の合否となる。良否の判定種類としては、良好（合格）と不良（不合格）のみならず、人手による検査を促すチェック等を含めるようにしても良い。

図１８を参照すると、実施例２のワーク形状良否判定装置は、Ｕ字貫通穴を有するワークを検査することができる。この例では、図１６に示す例と同様に、一対の変位計３１Ａ，３１Ｂと、一対のカメラ３３Ａ，３３Ｂと、一対のミラー５２Ａ，５２Ｂを有するミラー部６４とを備えている。

ワーク７６は、図中上下方向に貫通穴１８Ａ，１８Ｂを有する。それぞれの貫通穴１８Ａ，１８Ｂは、ミラー５２Ａ，５２Ｂ側に内側穴１４Ａ，１４Ｂを有する。カメラ３３Ａ，３３Ｂは、貫通穴１８Ａ，１８Ｂの上下に配置され、外側穴１６Ａ，１６Ｂ側から内側穴１４Ａ，１４Ｂを撮像する。変位計３１Ａ，３１Ｂは、座面平面２２と平行でカメラ３３Ａ，３３Ｂの光軸ＯＸと直交する方向にてレーザ光ＬＢを照射する。ミラー５２Ａ，５２Ｂは、レーザ光ＬＢを反射して座面平面２２に導く。

ロボット８０は、一対のカメラ用アーム８０Ａ，８０Ｂと、ミラー用アーム８０Ｃと、ロボット本体８０Ｄとを備えている。ロボット本体８０Ｄは、変位計３１Ａ，３１Ｂを駆動すると共に、Ｕ字貫通穴６０の対応位置に他のアーム８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃを駆動する。カメラ用アーム８０Ａ，Ｂは、カメラを貫通穴１８Ａ，１８Ｂの位置に案内する。ミラー用アーム８０Ｃは、ミラー部６４を駆動して、ミラー５２Ａ，５２Ｂを貫通穴１８Ａ，１８Ｂの外周近傍の位置に位置づける。

また、透過照明を使用する際には、透過光照射部５４Ａ，５４Ｂを使用すると良い。

図１８に示す例では、測定に必要な機器の配置に必要なスペースは、U字貫通穴６０で必ず可能な装置配置スペースと同等であるため、製造工程の改修等をせずに全ての穴の測定が容易である。そして、本実施例２で測定に必要な時間は、カメラ３３Ａ，３３Ｂの画像と、変位計３１Ａ，３１Ｂでの１点（もしくは数点）の入力であり、レーザ単体と比較して高速である。そして、変位計３１Ａ，３１Ｂでの測定を１点とすると、ステレオカメラによる例と比較しても、ほぼ同等の入力時間を実現することができる。さらに、本実施例２では、カメラ３３Ａ，３３Ｂと、変位計３１Ａ，３１Ｂとの切替時間が追加されるが、実施例１及び２の手法では、切替時間をなくすか、または、透過光照射部５４の駆動に要する時間のみとすることができ、透過光照射部５４の防振を待機する必要がない。

図１９に示す例では、マスター貫通穴データ７２は、図１９（Ａ）に示すマスターワーク７０の内側穴１４の位置と、図１９（Ｂ）に示すこの内側穴１４の位置に応じて設定するカメラ位置データ９２とを有する。図１９（Ｃ）に示すカメラ位置データ９２は、マスターワーク７０の貫通穴１８毎に、ロボット８０による位置決めのデータに基づいて定義され、記憶部７４に格納される。
そして、ロボット８０は、ワーク７６の検査に際して、カメラ３３Ａ，３３Ｂを図１９（Ｃ）に示すカメラ位置に駆動する。カメラ３３Ａ，３３Ｂは、ワーク７６の内側穴１４を撮像し、画像処理部３４は、図１９（Ｄ）に示すように、図１９（Ｃ）に示すカメラ位置データ９２での座標系にて、近似円ＣＬの位置（穴位置２６）を算出する。
このカメラ位置データ９２を用いることで、ワーク７６の個々の貫通穴１８の位置を予め定められた座標系で測定することができる。

図２０に４つの貫通穴１８を一体として利用して部材を装着するワーク７６の一例を示す。図２０に示すワークでは、貫通穴１８ｂと、貫通穴１８ｃとが予め定められた設計上の位置からずれている。しかし、この図２０に示すワーク７６を従来の手法で検査をすると、どの貫通穴１８が不良であるのかを特定することが難しい。すなわち、従来のピン等の検具を用いた検査では、例えば、貫通穴１８ａ，１８ｂ及び１８ｃを通り、一方、１８ｄを通らないことがある。すると、貫通穴１８ｄの位置が不良（ＮＧ）であるかのようになってしまう。しかし、実際には、貫通穴１８ｂと１８ｃの位置が不良であるために、貫通穴１８ｄの位置は良好であるにもかかわらず、検具は貫通穴１８ｄを通らないという現象が生ずる。

この点、実施例２による手法では、それぞれの貫通穴１８の個別の位置をマスター貫通穴データ７２として記憶し、画像処理部３４及び三次元測定部３６が、個々の貫通穴１８ａ，１８ｂ，１８ｃ及び１８ｄの位置を測定して、良否判定部８２が、測定した穴位置２６（ワーク貫通穴データ７８）と、マスター貫通穴データ７２とを比較する。このため、個々の貫通穴１８の良否を判定することができ、これにより、ワーク７６の不具合を解消するための対策を容易に把握することが可能となる。

図２１に示すように、実施例２では、まず、ワーク７６を所定位置にセットする（ステップＳ０１）。そして、起動ボタンの押下を待機する（ステップＳ０２）。起動ボタンが押下げられると、ワーク７６を締め金等で固定（クランプ）する（ステップＳ０３）。クランプ後、さらに起動ボタンが押下げられると（ステップＳ０４）、変位計３１Ａ，３１Ｂ及びカメラ３３Ａ，３３Ｂによる自動計測を行う（ステップＳ０５）。自動計測が完了すると、ワーク７６を固定から解放し（ステップＳ０６）、結果を確認する（ステップＳ０７）。

従来、ワーク７６の各部材毎の検具をセットし、貫通穴１８へのピン通しによる検査をする工程と比較すると、本実施例による図１９に示す工程は、短時間で測定を完了することができ、さらに、部材毎の検具を用意する必要がなく汎用性が高い。

・2.1 マスターデータと比較の効果
上述のように、記憶部７４が、予めマスター貫通穴データ７２を記憶し、良否判定部８２が、前記マスター貫通穴データ７２とワーク貫通穴データ７８とを比較することで、前記ワーク７６の形状の良否を判定することができ、しかも、個々の貫通穴１８の穴位置２６がマスターワーク７０での正常な貫通穴１８とどの程度ずれているのかを定量的に把握することができる。従って、ピン等の検具を用いたワークの検査では判定不能であった不良となる貫通穴１８の特定を容易に行うことができる。
また、実施例１と同様に、Ｕ字貫通穴での部品取付スペース等を有効活用した測定が可能であり、さらに、変位計３０とカメラ３２との併用により高速で高精度な測定を安定して行うことができる。
そして、従来の精密な三次元測定器６８（0.01 [mm] 精度）で、ワーク７６を計測しようとしても、生産速度に追いつかない。また、従来のピン通し検査では、数値計測でないため、不良箇所や不良の度合いが分からない。（作業者の経験で判断するしかない）
・一方、実施例２の手法では、変位計３０・カメラ３２・ロボット８０の繰返位置など個々の精度は0.01 [mm] であっても、複合することで誤差が伝搬し、0.1 [mm] 程度まで精密さが低下する可能性がある。しかしながら、0.1 [mm] のオーダーの精度であっても、生産速度に対応できれば、全数の数値計測が可能となり、生産現場で役立つ装置となる。実際に検査対象20穴を90秒程度で計測可能である。

＜2.2 複数種類の判定＞
再度図１７を参照すると、実施例２では、好ましくは、記憶部７４が、マスターワーク７０の複数の貫通穴１８のマスター配置関係データ８６を記憶し、良否判定部８２が、ワーク貫通穴データ７２から当該ワーク７６の貫通穴１８の配置関係を算出してマスター配置関係データ８６と比較する配置関係処理８８を備えている。
配置関係処理８８が算出するワーク７６の貫通穴１８の配置関係を、ここでは、ワーク配置関係データ９０という。配置関係処理８８は、ワーク配置関係データ９０と、予め記憶部７４に格納されたマスター配置関係データ８６とを比較することで、一体として機能する複数の貫通穴１８の関係性について、良否を判定することができる。
貫通穴１８の配置関係は、複数の貫通穴１８間の距離（ピッチ）や角度である。

図２２及び図２３に、マスター配置関係データ８６及びワーク配置関係データ９０の一例を示す。図２２（Ａ）は、４組のＵ字貫通穴６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄで部品を懸架するよう設計されており、Ｕ字貫通穴６０の貫通穴１８間の距離をマスター配置関係データ８６ａ，８６ｂ，８６ｃ，８６ｄとして定義している。しかし、図２２（Ｂ）に示すように、各Ｕ字貫通穴６０の貫通穴１８間の距離が正常であっても、ずれ量８７ａやずれ量８７ｂ分、相対的にずれていると、４組のＵ字貫通穴６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄは一体として機能せず、ワーク７６の全体としては不良となる。

このため、良否判定部８２は、図２２（Ａ）に示すマスター配置関係データ８６と、図２２（Ｂ）に示すワーク配置関係データ９０とを比較することで、ずれ量８７ａ，８７ｂを算出し、このずれ量８７ａ，８７ｂに基づいてワーク７６の良否を判定する。

図２２（Ｃ）に示すＵ字貫通穴６０の貫通穴１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄは、図２２（Ａ）に平面で示すＵ字貫通穴の側面の一例である。良否判定部８２は、ワーク７６の４つの貫通穴１８が、マスター配置関係データ８６ｅの位置関係を示しているか否かを算出し、ずれ量に応じて良否を判定する。この算出に際しては、各貫通穴１８間の距離（ピッチ）としても良いが、計算する項目数が多くなる。例えば、４穴では６ピッチの算出が必要となる。

また、貫通穴１８の穴位置２６のずれ量について、一律に、半径２８との比率で許容されるずれ量を定義せず、個別に良否の判定用の許容量を定めることが望ましい。これは、ひと組の貫通穴１８の両端など、他の穴と離れるほどに、許容されるずれ量が大きくなるためである。
例えば、図２３（Ａ）に示すように、マスター配置関係データ８６ｆ，８６ｇは、貫通穴１８ｈでは微少なずれ量であるが、貫通穴１８ｅでは比較的大きなずれ量が許容される。また、貫通穴１８ｆでは、図中下側へのずれ量は比較的許容されるが、上側へのずれ量の許容範囲は小さい。このように、マスター配置関係データ８６は、一定の範囲を有し、そして、設計上の目的に応じて各貫通穴１８にて異なる許容範囲を有すると良い。

図２３（Ｂ）に示す例では、ワーク配置関係データ８６として、貫通穴１８ａと貫通穴１８ｂ間のピッチ８６ｈと、貫通穴１８ａと貫通穴１８ｃ間のピッチ８６ｉと、各ピッチ８６ｈと８６ｉとが成す角８６ｊとを有する。図２３（Ｃ）に示す例では、ワーク配置関係データ８６として、各８６ｊに変えて、間津穴１８ｂと貫通穴１８ｃ間のピッチ８６ｋを有する。

図２３（Ｄ）に示す例では、ワーク配置関係データ８６として、４つの貫通穴１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ間の各ピッチ８６ｌ，８６ｍ，８６ｎ，８６ｏを有する。

図２４に、自動二輪車のフレーム９８の一例を示す。自動二輪車のフレームは、自動二輪車の走行中、縦曲げ、横曲げ及び捻りが組み合わさった変形を受ける。この変形量が大きすぎると、直進、コーナリング、加減速でエンジンやブレーキの力が分散してしまう。また、近年のエンジン性能とブレーキ性能の向上との関係で、フレーム９８は高剛性化が求められており、パイプから板材へと変化している。また、軽量化を図るため、アルミニウム合金も用いられており、フレーム９８の溶接による製造にはより高度な技術が必要となっている。さらに、軽量化と高剛性とを両立させるために、エンジンを剛性部品とするため、フレーム９８にエンジンを懸架するリジッド・マウントも行われている。

図２４に示す例では、フレーム９８は、エンジン懸架用貫通穴１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅと、リヤサス用Ｕ字貫通穴１０２Ａ，１０２Ｂと、シートレール用貫通穴１０４Ａ，１０４Ｂと、タンク用貫通穴１０６Ａ，１０６Ｂと、ピボット１０８とを備えている。リヤサス用Ｕ字貫通穴１０２Ａ，１０２ＢがＵ字貫通穴６０で、他の穴は通常の貫通穴１８である。通常、フレーム９８はいくつかの部分に分けて製造され、溶接によって一体のフレーム９８に接合される。この溶接の具合によって、寸法が設計値と異なることがある。本実施例では、このフレーム９８の溶接による貫通穴の位置の良否を判定することができる。

図２５にマスター貫通穴データ７２とマスター配置関係データ８６との一覧表の抄録例を示す。フレーム９８の貫通穴１８について、エンジン懸架用貫通穴１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄの穴位置２６等に基づいたエンジン幅１から５や、予め定められたエンジン懸架用の貫通穴１８間のピッチ（エンジン最内４，５）を項目として、ＮＧとする範囲、チェックとする範囲、ＯＫとする範囲を定めている。この項目は、全ての貫通穴及び必要な配置関係について予め定義する。

実施例２の良否判定部８２は、この図２５に示す一覧表をマスター貫通穴データ７２及びマスター配置関係データ８６として、各貫通穴１８の良否と、貫通穴１８間の関係についての良否とを判定することができる。

図２６及び図２７は、実施例２による処理例を示すフローチャートである。
まず、マスターワーク７０は、ワーク形状良否判定装置での基準座標を作成するためのものであり、各貫通穴１８の位置を他の精密な三次元計測機６８で測定済みである。この高精度の三次元測定器６８で全ての貫通穴の位置を計測するためには、１時間以上必要である。そして、ワーク７６は、生産対象物であり、例えば、その生産速度は、１〜３分に１台である。そして、ワーク７６の品質確認のため、形状の合否判定を全数行う。この合否判定は、従来は、ピン通し検査にて行っていたところ、実施例２では、カメラ３２と変位計３０との利用により検査する。

記憶部７４に予め記憶させておくデータは次の通りである。
・マスターワーク７０の穴位置２６（全穴）： Xm0, Ym0, Zm0, Xm1, Ym1, Zm1, ・・・, Xmn, Ymn, Zmn
・カメラ３２のスケール（mm/dot）： Sc
・変位計３０（レーザ）のスケール（mm）： Sl
・マスターワーク７０の座標軸と、カメラ画像座標の回転角度： Rc
・マスターワーク７０の座標軸と、レーザ測定座標の回転角度： Rl
・図２５等に示すワーク配置関係データ

図２６を参照すると、まず、マスターワーク７０の登録か、生産するワークの測定か、または、終了のいずれかを選択する（ステップＳ２１）。マスターワーク７０の登録の場合、このマスターワーク７０をセットし（ステップＳ２１）、起動ボタンが押下げられたら（ステップＳ２３）、マスターワーク７０をクランプする（ステップＳ２４）。

そして、ロボット８０を駆動して、計測対象全ての各穴へ、カメラ３２及び変位計３０を移動する（ステップＳ２５）。続いて、変位計３０が、内側穴１４の座面平面２２の平面位置２４を測定する（ステップＳ２６）。この変位計３０による平面位置２４をスケールＳｌで調整し、Lmz0, Lmz1, ・・・, Lmznとする。そして、必要に応じて透過光照射部５４を駆動すると共に透過光ＬＤを照射し、カメラ３２にて内側穴１４を撮像して、画像処理部３４により内側穴１４に対応する近似円ＣＬを抽出し、スケールＳｃを用いて穴位置２６、例えば穴中心位置Cmx0, Cmy0, Cmx1, Cmy1, ・・・, Cmxn, Cmynを算出する（ステップＳ２７）。そして、登録に際しては（ステップＳ２８）、平面位置２４であるLmz0, Lmz1, ・・・, Lmznと、穴中心位置Cmx0, Cmy0, Cmx1, Cmy1, ・・・, Cmxn, Cmynとを記憶部７４に保存する（ステップＳ２９）。

図２６及び図２７を参照すると、生産するワークの測定に際しては、まず、ワーク７６をセットし（ステップＳ２２）、起動ボタンが押下げられると（ステップＳ２３）、ワーク７６をクランプする。そして、ロボット８０を駆動して、計測対象全ての各穴へ、カメラ３２及び変位計３０を移動し（ステップＳ２５）、変位計３０による平面位置２４の値Lmz0, Lmz1, ・・・, Lmznを一時的に保存し（ステップＳ２６）、画像の穴中心位置Cmx0, Cmy0, Cmx1, Cmy1, ・・・, Cmxn, Cmynを保存する（ステップＳ２７）。続いて、測定中であるため、図２７のステップＳ３１を実行する。

図２７を参照して、図２６のステップＳ２６及びＳ２７の処理を含む測定及び良否判定を説明する。図２７に示す例では、測定値（画像の穴中心座標Cmxn, Cmyn及び座標平面の値Lmzn）を三次元値に変換する。まず、画像の二次元測定（ステップＳ３１）では、画像処理部３４は、カメラ３２からの貫通穴画像３８を対象として、二値化及び微分処理により、内側穴１４のエッジＥＧ（円周）を抽出する。さらに、近似円をフィッティングすることで、画像の穴中心位置Cmxn,Cmynを得る。続いて、マスターワーク７０でのマスター貫通穴データ７２（Cwxn, Cwyn）と、測定したワーク７６のワーク貫通穴データ７８（Cmxn,Cmyn）の画素差（Cwx0 - Cmx0, Cwy0 - Cmy0）を得る。

そして、カメラ３２のスケールＳｃと、回転角度Ｒｃとを用いて、この画素差によるずれ量をマスターワーク７０のマスター座標系に変換する。さらに、マスターワーク７０の穴位置Xm0, Ym0・・・から、上記のずれ量を合わせることで、マスターワーク７０にて予め三次元測定器６８で測定しておいたマスター座標系での二次元の測定値X0, Y0 ・・・を得る。

次に、変位計３０（レーザ）にて一次元での平面位置２４を測定する（ステップＳ３２）。変位計３０としては、直接、変位をmm単位で測定できる変位計３０であれば、特別な処理は不要であり、測定値L[mm]を得る。そして、マスターワーク７０の値と測定したワーク７６の値とのずれ量（Lwz - Lmz）を得る。さらに、レーザのスケールSlと、回転角度Rlを用いて、このずれ量をマスター座標系に変換する。予め三次元測定器６８で測定したマスターワーク７０の穴位置２６（Zm0）と、上記ずれ量とを加算することで、マスター座標系での平面位置２４の一次元計測値Z0を得る。

そして、貫通穴画像３８による二次元測定値X0, Y0と、変位計３０による一次元測定値Z0とをマスター座標系にて合成することで、三次元測定値X0, Y0, Z0・・・を得る（ステップＳ３３）。そして、この三次元測定値X0, Y0, Z0を保存する（ステップＳ３４）。
これは、レーザ光ＬＢの測定軸ＬＸと、カメラ３２の光軸ＯＸとを同軸にして、三軸直交座標系としておき、レーザ光ＬＢの測定軸ＬＸと、マスターワーク７０のマスター座標系とを合わせておくと、測定も計算も行い易い。すなわち、貫通穴画像３８による値をXY平面とし、変位計３０（レーザ）による値をZ軸とすることができる。そして、貫通穴１８では、穴軸が図面上の軸に対して並行直角である場合が多いため、測定及び計算が容易な範囲は広い。

続いて、ワーク７６の機能に応じた合否判定を行う（ステップＳ３５からＳ３９）。良否判定部８２は、例えば図２５に示すようなマスター配置関係データ８６を特定し、対応するワーク配置関係データ９０を算出し、比較する。穴同士の関係１について、ワーク配置関係データ９０の値が、マスター配置関係データ８６にてどの範囲かを比較し（ステップＳ２５）、チェックやＮＧであればその旨を一時的に記憶し、ＮＧ等の結果表示をする（ステップＳ３８）。良否判定部８２は、マスター配置関係データ８６に予め定義されている数の関係について比較を繰り返し（ステップＳ３６）、ピッチや角度等の配置関係についての良否を判定する。全ての配置関係がＯＫであれば、フレーム９８の形状全体が合格であると判断できるため、ＯＫ結果を表示し（ステップＳ３７）、一方、ＮＧやチェックがある際には、その旨を表示する（ステップＳ３８）。

また結果表示に際して、図２８（Ａ）に示す貫通穴画像３８や、図２８（Ｂ）に示すフィッティングした近似円ＣＬを表示するようにしても良い。また、貫通穴１８の各穴について、取得したデータを表示するようにしても良い。取得したデータとしては、穴位置２６及び半径２８と、この値のマスター貫通穴データ７２とのずれ量と、平面位置２４と、平面位置２４のマスター貫通穴データ７２とのずれ量と、ピッチや角度などのマスター配置関係データ８６からのずれ量とがある。また、ＯＫ／チェック／ＮＧの表示に際しては、基準値が複数ある際には、基準値毎のずれ量を表示すると良い。例えば、設計上の公差との関係や、図面値との差などである。

結果表示が完了すると、続いて、合否の判定値を保存し（ステップＳ３９）、ワーク７６をアンクランプし（ステップＳ４０）、リセットする（ステップＳ４１）。

・2.2 複数種類の判定の効果
好ましい例では、配置関係処理８８が、前記ワーク貫通穴データ７２から当該ワーク７６の貫通穴１８の配置関係を算出して前記マスター配置関係データ８６と比較することで、ワークの良否を判定するため、個々の貫通穴１８の位置のみならず、貫通穴１８の目的に応じた範囲内で、貫通穴間のピッチや角度の良否を判定することができ、これにより、ワーク７６の全体として所定の機能を発揮しうる合格状態であるか、それとも不合格であるのかを自動的に判定することができる。

１０ 板材
１２ 表面
１４，１４Ａ，１４Ｂ 内側穴
１６，１６Ａ，１６Ｂ 外側穴
１８，１８Ａ，１８Ｂ 貫通穴
２０，２０Ａ，２０Ｂ 座面
２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｄ 座面平面
２４ 平面位置
２６ 穴位置
２８ 半径
２９ 三次元データ
３０，３１Ａ，３１Ｂ 変位計
３２，３３Ａ，３３Ｂ カメラ
３４ 画像処理部
３６ 三次元測定部
３８ 貫通穴画像
４０ レーザ照射部
４２ レーザ受光部
４４ 距離算出部
４６ 変位計誘導部
４８ 壁面
５０ レーザ光源
５２，５２Ａ，５２Ｂ ミラー
５４，５４Ａ，５４Ｂ 透過光照射部
５６ 透過光駆動部
５８ 支持体
６０ Ｕ字貫通穴
６４ ミラー部
６６ 合成処理
６８ 三次元測定器
７０ マスターワーク
７２ マスター貫通穴データ
７４ 記憶部
７６ ワーク
７８ ワーク貫通穴データ
８０ ロボット
８２ 良否判定部
８６ マスター配置関係データ
８８ 配置関係処理
９０ ワーク配置関係データ
９２ カメラ位置データ
９８ フレーム

Claims (6)

1. 板材を貫通し当該板材の表面に内側穴と外側穴とを有する貫通穴について、前記内側穴の外周領域を含む座面平面までの距離を測定することで、前記座面平面の座面法線方向での平面位置を算出する変位計と、
   前記貫通穴の貫通方向を光軸として前記内側穴を撮像することで、貫通穴画像を生成するカメラと、
   前記貫通穴画像を画像処理して前記内側穴の穴位置を算出する画像処理部と、
   前記座面平面の前記平面位置に、前記穴位置を合成する三次元測定部とを備えた、
   ことを特徴とする貫通穴測定装置。
2. 前記変位計が、前記座面平面に向けてレーザ光を照射するレーザ照射部と、前記座面平面にて反射する反射光を受光するレーザ受光部と、前記反射光に基づいて前記座面平面までの距離を算出する距離算出部とを備え、
   前記変位計及び前記カメラを、前記反射光による測定軸と前記カメラの光軸とを平行とする位置に配置した、
   ことを特徴とする請求項１記載の貫通穴測定装置。
3. 前記レーザ照射部が、前記板材の前記表面と平行な方向に前記レーザ光を発光するレーザ光源と、前記レーザ光を前記板材の前記表面の法線方向に反射して前記座面平面に導くミラーとを備え、
   前記変位計に、前記カメラが撮像する際に前記ミラーに向けて透過光を照射する透過光照射部を併設した、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の貫通穴測定システム。
4. ２つの板材のそれぞれの貫通穴からなるＵ字貫通穴について、各板材の内側に設けられた内側穴の外周領域を含む座面平面までの距離をそれぞれ測定することで、前記２つの座面平面の座面法線方向での平面位置をそれぞれ算出する２つの変位計と、
   前記それぞれの前記貫通穴の貫通方向を光軸として前記外側穴及び外側穴の内側を撮像することで、２つの貫通穴画像を生成する２つのカメラと、
   前記２つの貫通穴画像を画像処理して前記内側穴の穴位置を算出する画像処理部と、
   前記それぞれの座面平面の前記平面位置に、前記穴位置を合成する三次元測定部と、を備えた、
   ことを特徴とする貫通穴測定システム。
5. マスターワークの板材を貫通し当該板材の表面に内側穴と外側穴とを有する貫通穴について、当該マスターワークの複数の内側穴の位置をマスター貫通穴データとして予め記憶した記憶部と、
   測定対象のワークの複数の内側穴の外周領域を含む座面平面までの距離を測定することで、前記座面平面の座面法線方向での平面位置を算出する変位計と、
   前記貫通穴の貫通方向を光軸として前記内側穴を撮像することで、貫通穴画像を生成するカメラと、
   前記ワーク、変位計及びカメラのいずれか又は全部を駆動することで前記変位計を前記座面平面に向けて位置決めすると共に前記カメラを前記外側穴に向けて位置決めするロボットと、
   前記貫通穴画像を画像処理して前記内側穴の穴位置を算出する画像処理部と、
   前記座面平面の前記平面位置に、前記穴位置を合成することで前記マスター貫通穴データに対応するワーク貫通穴データを生成する三次元測定部と、
   前記マスター貫通穴データと前記ワーク貫通穴データとを比較することで、前記ワークの形状の良否を判定する良否判定部と、を備えた、
   ことを特徴とするワーク形状良否判定装置。
6. 前記記憶部が、前記マスターワークの複数の貫通穴のマスター配置関係データを記憶し、
   前記良否判定部が、前記ワーク貫通穴データから当該ワークの貫通穴の配置関係を算出して前記マスター配置関係データと比較する配置関係処理を備えた、
   ことを特徴とする請求項５記載のワーク形状良否判定装置。