JP2011145303A - 形状測定装置 - Google Patents
形状測定装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011145303A JP2011145303A JP2011064365A JP2011064365A JP2011145303A JP 2011145303 A JP2011145303 A JP 2011145303A JP 2011064365 A JP2011064365 A JP 2011064365A JP 2011064365 A JP2011064365 A JP 2011064365A JP 2011145303 A JP2011145303 A JP 2011145303A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- test object
- measurement
- optical probe
- probe
- shape measuring
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
Abstract
行うことが可能な構成の形状測定装置を提供する。
【解決手段】被検物に対して光プローブ20を相対移動させて、光プローブ20により得
られた情報から被検物の三次元形状を非接触で測定するように構成された形状測定装置に
おいて、光プローブ20を被検物に対して所定の位置となるように移動させる門型構造体
10と、被検物を少なくとも2つの回転軸方向に回転させる支持装置30とを有して構成
される。
【選択図】図6
Description
等を測定する非接触式の形状測定装置に関する。
検物の断面形状に対応して形成される光切断線から被検物の三次元形状を測定する光切断
法や(例えば、特許文献1を参照)、被検物との光学的距離を変化させて検出した複数の
画像の合焦情報から被検物の三次元形状を測定するレンズ焦点法(Shape from
Focus法)などが知られている。
る測定プローブと被検物を保持する支持装置とが互いに直交する3軸方向(X,Y,Z軸
方向)に相対移動可能に構成されており、自動計測のための測定ポイントのティーチング
などの際には、ジョイスティック等の操作装置を用いて各軸の独立した移動操作を行うこ
とで、測定プローブを被検物に対して所望の位置に相対移動させ両者の位置合わせを行っ
ている。
う場合には、ジョイスティック等の操作装置を用いて測定プローブと被検物とをX,Y,
Z軸方向に相対移動させ、測定プローブの視点を被検物の測定位置に合わせる必要がある
。しかしながら、従前では、被検物の形状によっては、被検物の測定部位に対して測定プ
ローブの向きを最適に合わせることが困難な場合もあり、測定プローブと被検物との位置
合わせをする操作が煩雑となる結果、このような被検物の形状測定において測定時間が長
くなる問題を有していた。
定プローブと被検物との位置合わせ作業を簡単に行うことが可能な構成の形状測定装置を
提供することを目的とする。
ブを相対移動させて、測定プローブにより得られた情報から被検物の三次元形状を非接触
で測定するように構成された形状測定装置において、測定プローブを被検物に対して所定
の位置となるように移動させる移動装置と、被検物を少なくとも2つの回転軸方向に回転
させる支持装置とを有して構成される。
ジ部を載置面に対して垂直に延びる第1の回転軸を中心に回転させることにより被検物を
水平面内で回転可能であり、ステージ部を第1の回転軸を通り当該回転軸と直交する第2
の回転軸を中心に回転させることにより被検物を水平面に対して傾斜可能であることが好
ましい。
進駆動する駆動機構を有することが好ましい。
持面の面内方向に沿って移動可能な支柱と、支柱の可動な方向と直交する方向で且つ上記
面内方向と平行な方向に沿って延在するフレームと、フレームの延在方向に沿って移動可
能であって測定プローブを可動方向及び延在方向と直交する方向に沿って移動可能に保持
するキャリッジとを有し、支柱、キャリッジ及び測定プローブが駆動機構によって駆動さ
れることが好ましい。
たカメラと、カメラから出力された信号を処理する画像処理部とを有して構成されること
が好ましい。なお、上述の発明において、測定プローブは、被検物にシート状のスリット
光を照射するスリット光照明部と、スリット光の照射方向に対して光軸を所定角度ずらし
て配置されスリット光が照射された被検物を撮像するカメラとを備えた光切断プローブを
有して構成されてもよい。
ため、形状測定装置による被検物の測定条件だし時間を短縮することができる。
して、本発明の第1実施形態に係る三次元形状測定装置における支持装置により支持され
た被検物3と、測定ヘッド13との相対移動制御の概要を説明する。被検物3の一例とし
て図1に示す略直方体形状の部材があり、その被検物3の表面を測定ヘッド13(光プロ
ーブ20)で撮像して得られた画像から被検物3の三次元形状を測定するように構成され
た形状測定装置の作動原理を図1を用いて説明する。
持装置30は、上下方向に延びる軸Zを中心として回転自在(矢印Aで示す回転)に被検
物3を支持し、この状態で軸Z上の点O1を通り軸Zと直交して水平(左右)に延びる軸
Xを中心として被検物3が回転自在(矢印Bで示す方向)となるように支持するように構
成されている。このように支持装置30により支持された被検物3の上方に、測定ヘッド
13に搭載される光プローブ20がX軸方向に沿って左右に移動(矢印D(X)で示す移
動)可能で、且つZ軸方向に沿って上下に移動(矢印D(Z)で示す移動)可能、さらに
、これらX軸およびZ軸に直交して延びるY軸に沿って前後に移動(矢印D(Y)で示す
移動)可能になって配設されている。なお、光プローブ20は被検物3に対して光を照射
する照明光学系と、この被検物3からの光を撮像面に結像する撮像光学系と、CCD等の
固体撮像素子からなる撮像面とを有し、制御ユニットによりこれらを制御して、被検物3
の表面の形状計測を行うようになっている。
物3のX,Z軸回りの回転移動は、操作装置であるジョイスティック43(図8を参照)
を操作することで行われるようになっている。ジョイスティック43には、光プローブ2
0のX,Y,Z軸方向の移動を操作するための操作レバー45や、支持装置30のX,Z
軸回りの回転移動を操作するための複数のジョグダイアル46,47が設けられており、
操作レバー45を傾倒もしくは回動することで光プローブ20のX,Y,Z軸移動を可能
にし、各ジョグダイアル46,47を回動させることで被検物3のX,Z軸回りの回転移
動を可能にする。なお、このジョイスティック43の操作によって移動する光プローブ2
0の位置および支持装置の位置(回転位置)は、三次元形状測定装置を統括的に制御する
制御ユニットによって検出される。
には、光プローブ20の先端部と被検物3の観察位置との間の距離が所定のワークディス
タンスWDとなるように光プローブ20および被検物3を位置させて、光プローブ20の
先端部からその照射光の光軸上に沿ってワークディスタンスWDだけ隔てて位置する視点
(観察点)を被検物3の観察対象点に一致させる必要がある。また、このとき、光プロー
ブ20からの光の照射方向が被検物3の観察対象面に対して計測に最適な向きとなるよう
に向かせる必要がある。ここで、ワークディスタンスWDは、光プローブ20の先端部(
点P0)と被検物3との距離(光プローブ20の撮像画像の焦点が合う距離)であり、撮
像光学系の焦点距離等によって所定の値に定まるものである。
20より光を照射して撮像を行うには、光プローブ20からの光の光軸上において光プロ
ーブ20の先端部(点P0)から所定のワークディスタンスWDだけ離れた視点の位置を
観察対象点P1に位置決めする必要がある。
方向に沿って左右移動させるとともにY軸方向に沿って前後移動させ、さらにZ軸方向に
沿って上下移動させる動作を組み合わせることで、光プローブ20の先端部(点P0)と
被検物3の観察対象点P1とがワークディスタンスWDだけ離れた位置に接近させ、光プ
ローブ20による視点を観察対象点P1に一致させる。
部が被検物3自身によって隠れてしまう所謂死角が生じる場合がある。このような場合に
は、光プローブ20の観察光学系および照明光学系と被検物3の位置関係が最適となるよ
うに、被検物3に対する光プローブ20の向きを調整するため、例えば、ジョイスティッ
ク43のジョグダイアル46,47を操作して被検物3をX,Z軸回りに回転させると、
被検物3の観察対象点P1が光プローブ20による視点からずれるように移動してしまう
こととなる。このため、光プローブ20の視点を観察対象点に再び合わせるためには、ジ
ョイスティック43の操作レバー45を操作して、光プローブ20をX,Y,Z軸方向に
移動させて位置合わせを行う必要がある。さらに、この状態から被検物3に対する光プロ
ーブ20の向きを微調整するため被検物3をX,Z軸回りに回転させると、観察対象点と
視点とがずれることとなり、観察対象点に視点の位置を合わせる操作と、被検物3に対す
る光プローブ20の向きを合わせる操作とが繰り返し行われる結果となってしまう。
対移動制御において2つの作動制御モードを有している。第1のモードは、上記のように
ジョイスティック43の操作に応じて、単に光プローブ20と被検物3とをX,Y,Z軸
方向に相対移動、およびX,Z軸回りに相対回転させる制御を行う(以降の説明では、こ
の第1のモードを「通常動作モード」と称する)。
変更し、光プローブ20のワークディスタンスWDおよび測定ベクトル(光プローブから
視点への向きであり、本実施形態では常に鉛直下向き)より視点の位置を決定し、ジョイ
スティック43による光プローブ20と被検物3との相対回転移動に伴って変化する視点
を常に撮像面上で動かない(固定される)ように、光プローブ20と被検物3との相対移
動(X,Y,Z移動)が制御されるようになっている(以降の説明では、この第2のモー
ドを「視点固定モード」と称する)。
せられた状態からジョイスティック43のダイアル47の操作が行われて被検物3がX軸
回りに回転されると、この回転に伴ってそれまで視点とされていた被検物3上の点P1も
点P2まで移動することになるが、この視点固定モードでは、この被検物3の回転移動に
追従するように光プローブ20の視点をY,Z軸方向に移動させて当該視点が点P2に一
致するように被検物3の姿勢が制御される。
よって検出される光プローブ20の先端部の位置(点P0)から測定ベクトルの向き(下
方)にワークディスタンスWDだけ離れた位置(点P1)にあると決定される。ここで、
点P0の座標を(X1,Y1,Z1)と表すと、点P1の座標は(X1,Y1,Z1−W
D)と表すことができる。一方、被検物3をX軸回りに角度φ1から角度φ2までの角度
Δφ(=φ1−φ2)だけ回転させる場合、この回転角度Δφは制御ユニットにより検出
され、角度φ1の大きさおよび回転半径Rは回転中心O1の座標と点P1の座標から算出
され、角度φ2の大きさはφ1−Δφより算出される。よって、被検物3の回転移動に伴
って光プローブ20の視点を点P1から点P2に移動させるためには、光プローブ20を
Y軸方向にRcosφ2−Rcosφ1だけ変位させ、Z軸方向にRsinφ1−Rsi
nφ2だけ変位させる移動制御(視点固定制御)が行われる。
ごとに直線的に移動させても、Y,Z軸方向に同時2軸で直線移動または円弧移動させて
もよい。また、前述の視点固定制御を極短い時間間隔で行うことで、撮像面で得られる像
では常に観察対象点(目標点)が同じ位置に見えることになる。
せられた状態からジョイスティック43のジョグダイアル46の回動操作が行われて被検
物3がZ軸回りに水平面内で回転されると、被検物3上でそれまで視点とされていた点3
も点P4まで移動することになるが、視点固定モードでは、これに追従するように光プロ
ーブ20の視点をX,Y軸方向に移動させて当該視点が点P4に一致するように位置決め
される。この場合には、光プローブ20をZ軸方向の位置を保持しつつ、被検物3の回転
移動量に応じてX,Y軸方向に移動させればよい。このとき、光プローブ20を点P3か
ら点P4まで、X,Y軸方向に各軸ごとに移動させても、X,Y軸方向に同時2軸で直線
移動または円弧移動させてもよい。
いような場合には、図5に示すように、光プローブ20による視点の位置を調整すること
が可能なように、操作レバー45の操作量に応じて光プローブ20による照射光の光軸方
向(測定ベクトル)に沿って、すなわちZ軸方向に沿って視点を上下移動させることがで
きるようになっている。
つつ、光プローブ20と被検物3とを相対回転移動させることが可能になるため、測定の
ための位置合わせ作業を簡単にすることができる。
測定装置構成を図6および図7を参照して説明する。ここで、本実施形態に係る三次元形
状測定装置の概略構成を図6に示すとともに、三次元形状測定装置のブロック図を図7に
示している。この三次元形状測定装置は、測定機本体1と、制御ユニット40とを主体に
構成されている。
ッド13を支持する門型構造体10と、基台2上に設けられ被検物3を載置する支持装置
30とを主体に構成される。
延びて設けられたガイドレール(図示せず)上をY方向に移動自在に設けられた支柱11
,11と、両支柱11,11の間で水平に延びるように架け渡された水平フレーム12と
、水平フレーム12上をX方向(左右方向)に移動自在に設けられたキャリッジ(図示せ
ず)に対してZ方向(上下方向)に移動自在に設けられた測定ヘッド13とを有して構成
される。
を3方向(X,Y,Z方向)に電動で移動させるヘッド駆動部14と、測定ヘッド13の
座標を検出し測定ヘッド13の座標値を表す信号を出力するヘッド位置検出部15とが設
けられている。ヘッド駆動部14は、支柱11をY方向に駆動するY軸用モータ、キャリ
ッジをX方向に駆動するX軸用モータ、測定ヘッド13をZ方向に駆動するZ軸モータを
有して構成される。ヘッド位置検出部15は、測定ヘッド13のX軸、Y軸、およびZ軸
方向の位置をそれぞれ検出するX軸用エンコーダ、Y軸用エンコーダ、およびZ軸用エン
コーダを有して構成される。
1を垂直(Z軸方向)に延びる回転軸θを中心として水平面内で回転可能、且つ、水平(
X軸方向)に延びる回転軸φを中心として回転(揺動)可能に支持する支持テーブル32
とを有して構成される。
転軸θ,φ回りに電動でそれぞれ回転駆動させるステージ駆動部33と、ステージ31の
座標を検出し、ステージ座標値を表す信号を出力するステージ位置検出部34とが設けら
れている。ステージ駆動部33は、ステージ31を回転軸θ,φ回りにそれぞれ回転駆動
するロータリ軸モータおよびチルト軸モータを有して構成される。ステージ位置検出部3
4は、ステージ31の回転軸θ,φ回りの回転位置をそれぞれ検出するロータリ軸用エン
コーダおよびチルト軸用エンコーダを有して構成される。
ーブ29の3つの測定プローブを有して構成される。各プローブ20a,20b,29は
それぞれ独立して制御可能であり、被検物3の形状の特性等に応じて適宜選択される。
7に示すように、被検物にシート状のスリット光を照射するスリット光照明部21と、ス
リット光照明部21の照射方向に対して光軸を所定角度ずらして配置され、被検物の表面
にその断面形状に対応して形成される光切断線を撮像するCCDカメラ22とを備えて構
成される。光切断プローブ20aでは、スリット光照明部21から被検物にスリット光を
照射し、それにより被検物の表面に、その断面形状に対応して形成される光切断線をCC
Dカメラ22で撮像した画像を後述の画像処理部により画像処理し、これらスリット光照
明部21やCCDカメラ22等の位置関係を基に撮像された画像に対して、画素ごとに三
角測量の原理を用いて幾何学的に計算することによってその位置データを求めて、被検物
に照射されるスリット光(光切断プローブ20a)を所定の方向に走査させることにより
、被検物3の表面形状を求めることができる。なお、スリット光ではなく被検物3を一様
に照明(例えば拡散照明)した状態では、CCDカメラ22によって被検物3の撮像部位
の状態を観察できる。
式」と称する)により被検物の表面形状を求めるものであり、図7に示すように、落射照
明光学系23の他に、被検物からの光を結像する結像光学系24と、この結像光学系24
により結像された被検物の像を検出し(すなわち、被検物の一部分を撮像し)、検出した
像の光強度分布に応じた信号を出力するCCDカメラ25とを備えて構成される。また、
SFFプローブ20bには、オートフォーカス機能が搭載されており、光プローブ20b
と被検物とのZ軸方向の相対的な距離を変化させて、被検物3に対して自動で焦点を合わ
せることができる。ここで、SFF方式の原理について簡単に説明すると、この方式は、
落射照明光学系23から被検物3に面状の所定のパターン光を照射し、SFFプローブ2
0bと被検物とをZ方向(焦点方向)に相対移動しながら被検物の画像を設定距離ごとに
CCDカメラ25で取得し、後述する画像処理部によって、得られた画像に対して空間フ
ィルタ(微分演算)をかけ各画素毎に合焦測度を求めて被検物表面の形状情報を得る手法
である。このように光プローブ20bと被検物との位置関係を変化させて被検物に対して
求めた各画素毎の合焦測度(コントラスト)が最大となる位置、すなわち合焦位置を算出
することで被検物の表面形状を求めることができる。
と測定方向(タッチプローブ29の移動方向)とに基づいて被検物の表面形状を計測する
ものであり、上記光切断プローブ20aおよびSFFプローブ20bによる画像計測では
計測困難な被検物に対して用いられる。
測定ヘッド13の光切断プローブ20aもしくはSFFプローブ20bのいずれかを用い
る場合には、上記の作動原理でも説明したように、これらを総称して単に「光プローブ2
0」と称して説明する。
される座標検出部51と、光切断プローブ20aおよびSFFプローブ20b(CCDカ
メラ22,25)からの電気信号が入力される画像処理部52と、駆動部14,33の制
御や光プローブ20の光学系の倍率や照明光量等を制御する駆動制御部53と、測定条件
テーブル54と、測定手順の教示、記憶、再現等のティーチング機能を有するティーチン
グ処理部55と、測定データテーブル56と、測定データを出力するデータ出力部57と
を備えている。この制御ユニット40は、図6に示すように、CPU(中央演算処理装置
)等を有するコンピュータ41と、各種指示情報を入力するキーボードなどの入力装置4
2と、測定ヘッド13やステージ31の移動を操作するジョイスティック43と、計測画
面、指示画面、計測結果等を表示するモニタ44とを備えたコンピュータシステムで構成
されている。
る座標信号によって、各プローブ20a,20bおよびステージ31の位置、すなわち水
平方向における観察位置(光軸中心位置)と上下方向における観察位置(合焦位置等)と
を検出するとともに、各プローブ20a,20bとステージ31との相対的な移動経路、
移動速度などを検出する。
電気信号を画像処理し、検出した被検物3の像をモニタ44の画面上に画像として表示さ
せるための画像信号をデータ出力部57を介してモニタ44に出力するように構成されて
いる。また、画像処理部52は、前述した方式(光切断方式、SFF方式)によってCC
Dカメラ22,25から出力される電気信号を画像処理して得た画像情報と、当該撮像取
得が行われるときに座標検出部51から得た光プローブ20およびステージ31の座標値
とに基づき各測定ポイントの座標値を演算し、その演算結果を測定データテーブル56へ
順次出力するように構成されている。
チング処理部55からの指令信号に基づいて、ヘッド駆動部14およびステージ駆動部3
3に駆動信号を出力して、測定ヘッド13(光プローブ20)およびステージ31の駆動
制御を行う。
の移動操作を行うための操作レバー45と、ステージ31の回転軸θ,φ回りの各回転操
作を行うためのジョグダイアル46,47と、測定ヘッド13およびステージ31の相対
移動制御をモード切り換え可能な視点固定スイッチ49とが設けられている。
操作することが可能であるとともに、その軸回りに回動操作をすることが可能である。ま
た、ジョグダイアル46,47は、その軸回りにそれぞれ回動操作することが可能である
。視点固定スイッチ49は、上記作動原理でも説明した第1のモードである通常動作モー
ドと、第2のモードである視点固定モードとを有し、この視点固定スイッチ49をオン・
オフ操作することで、これら2つのモードのうちいずれかを選択可能に構成されている。
れることで、ジョイスティック43のレバー操作およびダイアル操作に対して上記2つの
モードを相互に切り換えてヘッド駆動部14およびステージ駆動部33の駆動制御を行う
。
作信号に対して通常動作モードによる駆動制御を行う。すなわち、操作レバー45を中立
位置から左右方向に傾倒操作したときには測定ヘッド13がX軸方向に駆動され、中立位
置から前後方向に傾倒操作したときに測定ヘッド13がY軸方向に駆動される。また、操
作レバー45を回動操作したときは測定ヘッド13がZ軸方向に駆動される。一方、ジョ
グダイアル46を回動操作するとステージ31が回転軸θ回りに回転され、ジョグダイア
ル47を回動操作するとステージ31が回転軸φ回りにチルト回転される。
操作の意味づけを変更し、ジョイスティック43の操作信号に対して視点固定モードによ
る駆動制御を行う。この視点固定モードでは、操作レバー45による前後方向および左右
方向の傾倒操作(X,Y操作)を無効にして(無視して)、操作レバー45の回動操作、
およびジョグダイアル46,47の回動操作のみを有効に扱う。ここで、ジョグダイアル
46,47を回動操作したときは、この操作量に応じてステージ31を回転軸θ,φ回り
に回転駆動させるとともに、光プローブ20の視点をこのステージ回転移動に追従させる
ように目標位置および移動速度を算出して、この算出された速度で目標位置に到達するよ
うに測定ヘッド13の駆動を制御する。
、スリット光の向きに対してプローブ走査方向が決められている光切断プローブ20aを
利用した場合等に有効であり、光切断プローブ20aの走査方向に対して最適となるよう
に被検物3の向きを変えることができる。
に、光プローブ20の測定ベクトルを一致させたまま視点の位置を調節するようにレバー
操作量に応じた移動量および移動速度で光プローブ20(測定ヘッド13)をZ軸方向に
駆動制御する。
ブ20で撮像されモニタ44で表示される被検物3の画像のコントラストが正確に合うよ
うに光プローブ20と被検物3との相対位置を変化させて行われるが、この画像のコント
ラスト値を示すインジケータを設ける構成とすれば、インジケータを参照しながら操作す
ることで、視点の位置合わせ精度が向上し、オペレータによるばらつきが解消される。こ
のインジケータは、コントラスト値をグラフィックイメージによって画面に表示するグラ
フィックインジケータ等で構成されることが好ましい。
の測定開始点(最初の測定ポイント)および測定終了点(最後の測定ポイント)等の座標
値、測定開始位置での測定目標方向、各測定ポイントの間隔(例えば、一定間隔の測定ピ
ッチ)を表すデータなどが予め入力装置42などにより設定されて記憶されている。ここ
で、被検物3の測定開始点および測定終了点等の座標値は、入力装置42による当該座標
値のキー入力の他、予めジョイスティック43の操作によって測定ヘッド13およびステ
ージ31を相対移動させ、被検物3および光プローブ20を所望の姿勢に位置決めして当
該測定ポイントの座標値を取り込むことで行われる。なお、この測定開始点および測定終
了点等の情報により測定データの取得範囲や、光プローブ20と被検物3との相対移動経
路などが決定される。
に基づいて、登録されたデータ取得範囲に応じた移動経路にしたがって測定ヘッド13お
よびステージ31を移動させるべく駆動制御部53を介して各駆動部14,33に移動指
令を送信する。また、ティーチング処理部55は、ティーチングデータ等に基づいて、駆
動制御部53に制御信号を出力して光プローブ20の光学系の制御を行う。
三次元座標値)の点群データを格納するようになっている。
全測定ポイントの座標値)等をモニタ44に表示、またはプリンタ(図示せず)で印刷し
て出力するためのものである。
定モードに変更する場合の作動について図9を追加参照して説明する。
バー45を操作して光プローブ20をX,Y,Z軸方向に移動させ、光プローブ20の視
点を被検物3上の所望の観察位置に位置させた状態にした後、ジョイスティック43の視
点固定スイッチ49をオン操作する(ステップS101)。視点固定スイッチ49がオン
操作されることで、ジョイスティック43による光プローブ20のX,Y軸方向の移動操
作が無効になって(ステップS102)、これより視点固定モードに移行される(S10
3)。
)、この状態でオフ操作によるスイッチ入力があれば、再び通常モードに戻される(ステ
ップS114)。スイッチ入力が無ければこのまま視点固定モードが続行されて、ジョイ
スティック操作の意味づけが変更され、このジョイスティック43における操作レバー4
5またはジョグダイアル46,47の回動操作が行われることで光プローブ20および被
検物3の視点固定モードによる相対移動制御が行われる(ステップS105)。
たときは(ステップS106)、この操作量に応じた回転移動量でステージ31が回転軸
θ回りに回転駆動されるとともに、このステージ31の回転駆動に伴って光プローブ20
の視点位置を追従させるように、光プローブ20における回転軸θを中心として、この回
転軸θから光プローブ20の現在の視点位置までの距離を回転半径とした円弧状において
、ステージ31の回転移動量から視点の目標位置を算出する(S109)。
に応じた回転移動量でステージ31が回転軸φ回りに回転駆動されるとともに、このステ
ージ31の回転駆動に伴って光プローブ20の視点位置を追従させるように、光プローブ
20における回転軸φを中心として、この回転軸φから光プローブ20の現在の視点位置
までの距離を回転半径とした円弧状において、ステージ31の回転移動量から視点の目標
位置を算出する(S110)。
て光プローブ20の追従移動におけるX,Y,Z軸方向の移動速度が算出される(ステッ
プS111)。
08)、この回動操作量から視点位置の調整のためのZ軸方向の目標位置が算出されると
ともに、光プローブ20のZ軸方向の移動速度が算出される(ステップS112)。
4およびステージ駆動部33に駆動信号を出力して(各軸の移動量および移動速度を指令
して)、測定ヘッド13およびステージ31を動作させる(ステップS113)。これに
より、視点固定モードによる測定ヘッド13とステージ31との相対移動制御が行われる
。
自動測定する場合の手順について説明する。
は視点固定モードに適宜切り換えて、ジョイスティック43のレバー操作やダイアル操作
によりステージ31上に載置された被検物3に対して光プローブ21の視点を所望の測定
開始点(最初の測定目標点)に位置決めするとともに、被検物3に対して光プローブ20
を最適な向きに向かせる。そして、光プローブ20によりこの測定開始点における画像を
取得して制御ユニット40の画像処理部52によって処理された画像情報(エッジ座標値
など)と、座標検出部51により出力される光プローブ20およびステージ31の座標値
とに基づいて測定開始点の座標値が演算されて、この座標値が測定条件テーブル54に取
り込まれて登録される。
よびステージ31を相対移動させ、光プローブ20の視点を次の測定目標点(経過点)や
測定終了点(最後の測定目標点)に位置決めするとともに、被検物3に対する光プローブ
20の向きを測定に最適な向きに合わせ、この測定ポイントの座標検出を行っていくこと
で、当該座標値が測定条件テーブル54に次々と登録され、測定データの取得範囲が決定
される。
から測定条件テーブル54に測定ピッチ等が設定されると、ティーチング処理部55にお
いて測定ポイントと測定データを取得する順番が決定される。すなわち、測定データを取
得する順番は、測定開始点から測定終了点に向けて光プローブ20およびステージ31が
測定ピッチずつ相対移動されるようにして測定データが取得されるような順番になってい
る。
や、予め測定条件テーブル54に設定された測定ピッチ、測定目標方向等により定まるテ
ィーチングデータに基づき、光プローブ20およびステージ31の駆動制御をして、測定
開始点から測定終了点までの測定経路に従って被検物3上の測定ポイントが順次変更され
ながら、各測定ポイントでの三次元座標(点群データ)が取得される。この点群データは
測定データテーブル56に格納されていく。
7により、測定データテーブル56に格納された点群データとともに、この点群データに
基づく三次元形状がモニタ44に表示される。
移動制御を、位置合わせの目的に応じて通常動作モードおよび視点固定モードの2つのモ
ード制御で切り換えて行うことができるため、ジョイスティック操作による位置合わせを
簡単に行うことが可能になるとともに、位置合わせ時の光プローブ20および被検物3の
移動回数が減少し、三次元形状測定装置による測定時間を短縮することが可能になる。
、上述した第1実施形態の三次元形状測定装置に対して同一の構成要素は同一の符号を付
して重複説明を省略し、第1実施形態との相違点を中心に説明する。ここで、第2実施形
態に係る三次元形状測定装置の概略構成を図10に示すとともに、この三次元形状測定装
置のブロック図を図11に示している。
、制御ユニット140とを主体に構成されている。測定機本体101は、取付治具104
等を介して被検物103を支持する水平な基台102と、この基台102上に設けられ光
プローブ120を着脱自在に支持する門型構造体110とを主体に構成される。
る)に延びて設けられたガイドレール(図示せず)上をY方向に移動自在に設けられた支
柱111,111と、両支柱111,111の間で水平に延びるように架け渡された水平
フレーム112と、水平フレーム112上をX方向(左右方向)に移動自在に設けられた
キャリッジ(図示せず)に対してZ方向(上下方向)に移動自在に設けられた測定ヘッド
113とを有して構成されており、この測定ヘッド113の先端部(下端部)に光切断プ
ローブやSFFプローブ等の光プローブ120がクランプ機構(図示せず)により着脱自
在に支持される。このように測定ヘッド113は、被検物103の形状の特性等に応じて
適宜選択される光プローブ120が取り付けられるようになっており、図10では、スリ
ット光照明部21およびCCDカメラ22を備えた光切断プローブが取り付けられた状態
が図示されている。
延びる回転軸116(φ1)を中心として回転自在(矢印Cで示す回転)に光プローブ1
20を支持するとともに、回転軸116に直交する方向に延びる回転軸117(φ2)を
中心として光プローブ120を回転自在(矢印Dで示す回転)に支持し、さらに、上下方
向に延びるZ軸に平行な回転軸118(θ)を中心として光プローブ120を水平面内で
回転自在(矢印Eで示す回転)に支持する。
113(光プローブ120)を3方向(X,Y,Z方向)に電動で移動させるとともに、
光プローブ120を回転軸116(φ1),117(φ2),118(θ)回りに電動で回
転させるヘッド駆動部114と、測定ヘッド113のX,Y,Z座標および光プローブ1
20のθ,φ1,φ2座標を検出して、測定ヘッド113および光プローブ120の座標値
を表す信号を出力するヘッド位置検出部115とが設けられている。ヘッド駆動部114
は、支柱111をY方向に駆動するY軸用モータ、キャリッジをX方向に駆動するX軸用
モータ、測定ヘッド113をZ方向に駆動するZ軸モータ、光プローブ120を回転軸θ
,φ1,φ2回りに回転させる第1〜第3回転モータを有して構成される。ヘッド位置検出
部115は、測定ヘッド113のX軸、Y軸、およびZ軸方向の位置をそれぞれ検出する
X軸用エンコーダ、Y軸用エンコーダ、およびZ軸用エンコーダや、光プローブ120の
回転軸θ,φ1,φ2回りの回転位置を検出する第1〜第3ロータリエンコーダを有して構
成される。
が入力される座標検出部151と、光プローブ120(CCDカメラ)からの電気信号が
入力される画像処理部52と、ヘッド駆動部114の制御や光プローブ120の光学系の
倍率や照明光量等を制御する駆動制御部153と、測定条件テーブル54と、測定手順の
教示、記憶、再現等のティーチング機能を有するティーチング処理部55と、測定データ
テーブル56と、測定データを出力するデータ出力部57とを備えている。
ローブ120の位置(三次元座標値)や回転姿勢(回転角度)を検出するとともに、光プ
ローブ120の移動経路、移動速度などを検出する。
ィーチング処理部55からの指令信号に基づいて、ヘッド駆動部114に駆動信号を出力
して、測定ヘッド113の駆動制御を行う。
軸方向の移動操作を行うための操作レバー45と、光プローブ120の回転軸φ1,φ2,
θ回りの各回転操作を行うためのジョグダイアル146,147,148と、測定ヘッド
113の移動制御をモード切り換え可能な視点固定スイッチ49とが設けられている。
作されることで、ジョイスティック143のレバー操作およびダイアル操作に対して、通
常動作モードと視点固定モードとの2つのモードを相互に切り換えてヘッド駆動部114
の駆動制御を行う。
の操作信号に対して通常動作モードによる駆動制御を行う。すなわち、操作レバー45を
中立位置から前後方向に傾倒操作したときには測定ヘッド113がX軸方向に駆動され、
中立位置から左右方向に傾倒操作したときに測定ヘッド113がY軸方向に駆動される。
また、操作レバー45を回動操作したときは測定ヘッド113がZ軸方向に駆動される。
一方、ジョグダイアル146を回動操作すると光プローブ120が回転軸118(θ)回
りに回転され、ジョグダイアル147を回動操作すると光プローブ120が回転軸116
(φ1)回りに回転され、さらに、ジョグダイアル148を回動操作すると光プローブ1
20が回転軸117(φ2)回りに回転される。
ク操作の意味づけを変更し、ジョイスティック143の操作信号に対して視点固定モード
による駆動制御を行う。この視点固定モードでは、操作レバー45による前後方向および
左右方向の傾倒操作(X,Y操作)を無効にして(無視して)、操作レバー45の回動操
作、およびジョグダイアル146,147,148の回動操作のみを有効に扱う。
軸と一致していればジョグダイアル146を回動操作したときは、光プローブ120の回
転軸118回りの回転(水平面内での回転)に伴って視点の位置は変わらないため、この
回転移動に伴う光プローブ120のX,Y,Z軸方向への追従移動の制御は行われない。
なお、この回転移動は、光切断プローブを用いた場合に、照射されるシート光の向きを変
えるときなどに行われる。
に応じて光プローブ120を回転軸116(φ1)回りに回転させるとともに、その視点
の位置(点P5)が固定された上で、光プローブ120を、回転軸116に垂直な面内に
おいて当該視点を中心としワークディスタンスWDを半径とする円弧上に沿って揺動させ
る制御が行われる。これにより、光プローブ120の回転軸116回りの回転に伴って光
プローブ120の視点がずれることなく、常に光プローブ120を被検物103の観察対
象点P5に対して所定のワークディスタンスWDを隔てたまま、光プローブ120を被検
物103に対して最適な向きに向かせることができる。
回りに回転させる場合にも、追従移動の制御は上記と同様であるため、その説明は省略す
る。すなわち、回転軸116および回転軸117は相互に直交する方向に延びるため、光
プローブ120を回転軸118回りに90度回転させる度に回転軸116と回転軸117
とは交互に軸方向が一致する関係にあるからである。
に、光プローブ120の測定ベクトルを一致させたまま視点位置を調整可能なように、光
プローブ120を測定ベクトルに沿って、それまでの視点位置に対して接近または離隔す
る方向に移動するように駆動制御する。これにより、測定ベクトルを同一に維持したまま
視点位置のみを調整することが可能になる。
103との相対移動制御を、位置合わせの目的に応じて通常モードおよび視点固定モード
の2つのモード制御で切り換えて行うことができるため、ジョイスティック操作による位
置合わせを簡単に行うことが可能になるとともに、位置合わせ時の光プローブ120およ
び被検物103の移動回数が減少し、三次元形状測定装置による測定時間を短縮すること
が可能になる。
SFF方式に適用した例について説明したが、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に
限定されるものではなく、共焦点方式やSFD(Shape From Defocus
)方式等の他の方式の光プローブを用いて構成してもよい。また、撮像素子としてCMO
S等の1次元または2次元の固体撮像素子を用いることができる。
2 基台
3 被検物
10 門型構造体(移動装置)
11 支柱
12 水平フレーム
14 ヘッド駆動部(駆動機構)
20 光プローブ(測定プローブ)
30 支持装置
31 ステージ(支持装置、ステージ部)
33 ステージ駆動部
43 ジョイスティック
52 画像処理部
53 駆動制御部
101 測定機本体(第2実施形態)
102 基台
103 被検物
114 ヘッド駆動部
120 光プローブ
143 ジョイスティック
153 駆動制御部
WD ワークディスタンス
Claims (6)
- 被検物に対して測定プローブを相対移動させて、前記測定プローブにより得られた情報
から前記被検物の三次元形状を非接触で測定するように構成された形状測定装置において
、
前記測定プローブを前記被検物に対して所定の位置となるように移動させる移動装置と
、
前記被検物を少なくとも2つの回転軸方向に回転させる支持装置とを有して構成される
ことを特徴とする形状測定装置。 - 前記支持装置は、前記被検物を載置するステージ部を有し、前記ステージ部を前記載置
面に対して垂直に延びる第1の回転軸を中心に回転させることにより前記被検物を水平面
内で回転可能であり、前記ステージ部を前記第1の回転軸を通り当該回転軸と直交する第
2の回転軸を中心に回転させることにより前記被検物を水平面に対して傾斜可能であるこ
とを特徴とする請求項1に記載の形状測定装置。 - 前記移動装置は、前記測定プローブを互いに直交する3軸方向に並進駆動する駆動機構
を有することを特徴とする請求項1または2に記載の形状測定装置。 - 前記移動装置は、前記支持装置を保持する基台と、前記基台における前記保持面の面内
方向に沿って移動可能な支柱と、前記支柱の可動な方向と直交する方向で且つ前記面内方
向と平行な方向に沿って延在するフレームと、前記フレームの延在方向に沿って移動可能
であって前記測定プローブを前記可動方向及び前記延在方向と直交する方向に沿って移動
可能に保持するキャリッジとを有し、
前記支柱、前記キャリッジ及び前記測定プローブが前記駆動機構によって駆動されるこ
とを特徴とする請求項3に記載の形状測定装置。 - 前記測定プローブは、前記被検物の像を結像する結像光学系を有したカメラと、前記カ
メラから出力された信号を処理する画像処理部とを有して構成されることを特徴とする請
求項1〜4のいずれか一項に記載の形状測定装置。 - 前記測定プローブは、前記被検物にシート状のスリット光を照射するスリット光照明部
と、前記スリット光の照射方向に対して光軸を所定角度ずらして配置され前記スリット光
が照射された前記被検物を撮像するカメラとを備えた光切断プローブを有して構成される
ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の形状測定装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011064365A JP2011145303A (ja) | 2011-03-23 | 2011-03-23 | 形状測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011064365A JP2011145303A (ja) | 2011-03-23 | 2011-03-23 | 形状測定装置 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009062950A Division JP5278808B2 (ja) | 2009-03-16 | 2009-03-16 | 三次元形状測定装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011145303A true JP2011145303A (ja) | 2011-07-28 |
Family
ID=44460251
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011064365A Pending JP2011145303A (ja) | 2011-03-23 | 2011-03-23 | 形状測定装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011145303A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020260594A1 (fr) * | 2019-06-27 | 2020-12-30 | Espi France | Machine et méthode de contrôle de pièces mécaniques |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62269005A (ja) * | 1986-05-17 | 1987-11-21 | Res Dev Corp Of Japan | 三次元形状の非接触測定装置 |
JPH1038531A (ja) * | 1996-07-19 | 1998-02-13 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | パイプ形状自動計測装置及び計測方法 |
JP2001280948A (ja) * | 2000-03-31 | 2001-10-10 | Ricoh Co Ltd | 形状測定装置 |
JP2002257511A (ja) * | 2001-02-28 | 2002-09-11 | Canon Inc | 三次元測定装置 |
JP2003185422A (ja) * | 2001-09-27 | 2003-07-03 | Kaltenbach & Voigt Gmbh & Co | 歯科対象物の光学的計測装置 |
JP2005172810A (ja) * | 2003-11-18 | 2005-06-30 | Olympus Corp | 3次元形状測定方法及び3次元形状測定装置 |
JP2009036753A (ja) * | 2007-07-06 | 2009-02-19 | Nikon Corp | 計測装置 |
-
2011
- 2011-03-23 JP JP2011064365A patent/JP2011145303A/ja active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS62269005A (ja) * | 1986-05-17 | 1987-11-21 | Res Dev Corp Of Japan | 三次元形状の非接触測定装置 |
JPH1038531A (ja) * | 1996-07-19 | 1998-02-13 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | パイプ形状自動計測装置及び計測方法 |
JP2001280948A (ja) * | 2000-03-31 | 2001-10-10 | Ricoh Co Ltd | 形状測定装置 |
JP2002257511A (ja) * | 2001-02-28 | 2002-09-11 | Canon Inc | 三次元測定装置 |
JP2003185422A (ja) * | 2001-09-27 | 2003-07-03 | Kaltenbach & Voigt Gmbh & Co | 歯科対象物の光学的計測装置 |
JP2005172810A (ja) * | 2003-11-18 | 2005-06-30 | Olympus Corp | 3次元形状測定方法及び3次元形状測定装置 |
JP2009036753A (ja) * | 2007-07-06 | 2009-02-19 | Nikon Corp | 計測装置 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020260594A1 (fr) * | 2019-06-27 | 2020-12-30 | Espi France | Machine et méthode de contrôle de pièces mécaniques |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20120194651A1 (en) | Shape measuring apparatus | |
JP5278808B2 (ja) | 三次元形状測定装置 | |
JP4968261B2 (ja) | X線透視装置 | |
JP6663808B2 (ja) | 画像測定装置 | |
JP2013542401A (ja) | 形状測定装置、構造物の製造方法及び構造物製造システム | |
JP6663807B2 (ja) | 画像測定装置 | |
JP3678915B2 (ja) | 非接触三次元測定装置 | |
JP2006200917A (ja) | 座標検出装置及び被検体検査装置 | |
JP2014181912A (ja) | 形状測定装置 | |
JP2011085399A (ja) | オフセット量校正方法および表面性状測定機 | |
JP2017150993A (ja) | 内壁測定装置及びオフセット量算出方法 | |
JP2012215496A (ja) | 形状測定装置 | |
JP2012112790A (ja) | X線ct装置 | |
JP2004114203A (ja) | ワーク形状測定装置及び該装置を用いた形状測定システム | |
JP2012042340A (ja) | X線ct装置 | |
JP4791568B2 (ja) | 3次元測定装置 | |
JP2011145303A (ja) | 形状測定装置 | |
JP6702343B2 (ja) | 形状測定装置、構造物製造システム、及び形状測定方法 | |
JP2000263273A (ja) | Yagレーザ加工機のティーチング方法及びその装置 | |
JP2012093238A (ja) | 形状測定装置 | |
JP5641514B2 (ja) | 非接触変位計測装置 | |
JP2005172610A (ja) | 3次元測定装置 | |
JP4687853B2 (ja) | X線透視撮影装置 | |
JP2012093258A (ja) | 形状測定装置 | |
JP2011085402A (ja) | 表面性状測定機 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120315 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20130415 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130830 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131028 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20140624 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20141017 |