JP2012018125A

JP2012018125A - 三次元計測治具及びこれを用いた三次元計測方法

Info

Publication number: JP2012018125A
Application number: JP2010156804A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Ikeda; 一貴池田; Harutaka Imoto; 治孝井本
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2012-01-26

Abstract

【課題】計測点が平面にある場合や縁にある場合の計測精度の向上を実現したうえで、計測点が凹面にある場合であったとしても、この計測点の三次元座標を正確に計測することが可能である三次元計測治具及びこれを用いた三次元計測方法を提供する。
【解決手段】レーザ測定機ＬによってワークＷ上における計測点Ｐの三次元座標を得るのに用いられる球状のリフレクタＲを保持する三次元計測治具１であって、リフレクタＲをスライド可能に保持する計測溝４と、ワークＷ上における計測点Ｐに接する指示点３１を備え、計測溝４は、計測点Ｐがある部位に対して接近離間する方向に形成され、少なくとも計測溝４の計測点Ｐから離れた遠端部４１で保持するリフレクタＲの中心Ｒｐと、計測溝４の計測点Ｐ寄りの近端部４２で保持するリフレクタＲの中心Ｒｐとを結ぶ線分ｄの延長線上に、指示点３１が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ測定機によって、加工物や構造物等の計測対象物上における特徴のない計測点の三次元座標を得るのに用いられる三次元計測治具及びこれを用いた三次元計測方法に関するものである。

従来、上記した三次元計測治具としては、例えば、計測対象物上に置かれるベースプレートと、このベースプレートの一端部から垂直に立ち上がる立壁を備えたものがある。ベースプレートの中央には角孔が形成されている。一方、立壁には上下方向に並ぶ２個の丸孔が形成されている。この立壁における２個の丸孔は、レーザ光を反射する球状のリフレクタの保持孔として使用され、ベースプレートの角孔と立壁の２個の丸孔とは、２個の丸孔にはめ込んだリフレクタの各中心座標が得られれば、これら２点を結ぶベクトルから角孔の中心の三次元座標が求められる位置関係を成している。

この三次元計測治具を用いて、計測対象物上における特徴のない計測点の三次元座標を計測する場合は、まず、立壁の２個の丸孔にリフレクタをそれぞれ嵌め込むと共に、上記計測対象物上の計測点にベースプレートの角孔中心を合わせるようにして三次元計測治具をセットする。

この後、レーザ測定機から丸孔にはめ込んだリフレクタに対してレーザ光を照射し、リフレクタからの反射レーザ光をレーザ測定機で受光する。
次いで、このレーザ光の送受信に基づいて算出されるレーザ測定機からリフレクタ中心までの距離と、レーザ光照射角度とから、２個の丸孔にはめ込んだリフレクタの各中心座標を求め、これら２点を結ぶベクトルから角孔の中心の三次元座標を求めるようになっている。
この三次元計測治具に類するものが非特許文献１に開示されている。

BRUNSON社 Online Metrology Cataloghttp://www.brunsonkc.com/p/CatSMR.asp

しかしながら、上記した三次元計測治具では、立壁の２個の丸孔にはめ込んだリフレクタの各中心座標、すなわち、２点のみの座標を用いて計測対象物上における計測点の三次元座標を計測するようにしているので、計測精度が高いとは言えないという問題があった。

また、上記した三次元計測治具では、計測対象物上における計測点に対して、ベースプレートの角孔を合わせるようにして計測対象物上にセットする都合上、計測対象物の凹面上に計測点がある場合には、ベースプレートの角孔と計測点との間に隙間ができてしまい、その結果、正確に計測することができないという問題を有しており、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、計測点が平面にある場合や縁にある場合の計測精度の向上を実現したうえで、計測点が凹面にある場合であったとしても、この計測点の三次元座標を正確に計測することが可能である三次元計測治具及びこれを用いた三次元計測方法を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、レーザ測定機によって加工物や構造物等の計測対象物上における計測点の三次元座標を得るのに用いられる球状のリフレクタを保持する三次元計測治具であって、前記球状のリフレクタをスライド可能に保持する計測溝と、前記計測対象物上における計測点に接する尖端状の指示点を備え、前記計測溝は、前記計測対象物の計測点がある部位に対して接近離間する方向に形成され、少なくとも前記計測溝の計測点から離れた遠端部で保持する前記リフレクタの中心と、該計測溝の計測点寄りの近端部で保持する前記リフレクタの中心とを結ぶ線分の延長線上に、前記尖端状の指示点が配置されている構成としたことを特徴としており、この構成の三次元計測治具を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

ここで、計測溝で保持するリフレクタの中心に基づいて、指示点の三次元座標を得るためには、計測溝の近端部で保持するリフレクタの中心と、尖端状の指示点との距離をあらかじめ定めておく必要がある。
例えば、計測溝の遠端部及び近端部で各々保持するリフレクタの各中心同士を結ぶ線分の長さと、計測溝の近端部で保持するリフレクタの中心から尖端状の指示点までの距離との比が、１：１や２：１や１．５：１などといった関係となるように定めることができる。

一方、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１に記載の三次元計測治具を用いて、計測対象物上における計測点の三次元座標を計測するに際して、前記計測対象物の計測点がある計測面に前記三次元計測治具を置いて、該三次元計測治具の尖端状の指示点を前記計測対象物の計測面上における計測点に合わせると共に該三次元計測治具の前記計測溝に前記球状のリフレクタを嵌め込んだ後、前記リフレクタを前記計測溝内でスライドさせる間に該リフレクタに対するレーザ光の送受信をレーザ測定機により行って、少なくとも前記計測溝の遠端部及び近端部に前記リフレクタが位置する際のレーザ光の送受信に基づいて前記リフレクタの各中心座標を算出し、前記リフレクタの各中心座標に基づいて、該リフレクタの各中心座標を結んで作成される線分の延長線上に位置する前記尖端状の指示点の三次元座標を求め、この指示点の三次元座標を前記計測対象物上における計測点の三次元座標とする構成としている。

本発明に係る三次元計測治具及びこの三次元計測治具を用いた計測方法では、計測溝内でリフレクタをスライドさせ、このスライドの間にリフレクタに対してレーザ光の送受信をレーザ測定機により行い、計測溝の遠端部及び近端部を含む複数の部位でリフレクタの各中心座標を算出するように成せば、２点のみの中心座標を用いて計測対象物上における計測点の三次元座標を計測する場合と比較して、計測精度が高まることとなる。

また、本発明に係る三次元計測治具及びこの三次元計測治具を用いた計測方法では、リフレクタの各中心を結ぶ線分の延長線上に配置されて、計測対象物上における計測点に接触する指示点が尖端状を成しているので、計測点が計測対象物の凹面上にあったとしても、尖端状の指示点と計測点との間に隙間が生じるのを回避でき、その結果、正確な計測を行い得ることとなる。
この際、例えば、２本の脚部を設け、これらの２本の脚部と尖端状の指示点との３点で三次元計測治具を支えるようにしてもよく、この構成を採用すると、計測対象物の計測点が凸面上にあるなどといった様々な状況に対応し得ることとなる。

本発明に係る三次元計測治具では、上記した構成としているので、計測点が平面にある場合や縁にある場合の計測精度を高めることができ、加えて、計測点が凹面にあったとしても、この計測点の三次元座標を正確に計測することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明に係る三次元計測治具の一実施例を示す計測溝の遠端部でリフレクタを保持している状態の斜視説明図（ａ）及び計測溝の近端部でリフレクタを保持している状態の斜視説明図（ｂ）である。図１における三次元計測治具を用いて行う三次元計測中の状況説明図（ａ）及び図２（ａ）における三次元計測治具の白抜き矢印方向からの矢視説明図（ｂ）である。本発明の他の実施例に係る三次元計測治具を示す計測対象物の計測点が凸面上にある場合の側面方向からの配置状況説明図（ａ）及び背面方向からの配置状況説明図（ｂ）である。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は本発明に係る三次元計測治具の一実施例を示している。

図１（ａ）に示すように、この三次元計測治具１は、ワーク（計測対象物）Ｗの計測点Ｐがある計測面Ｗｓ上に置いて使用するものであって、計測面Ｗｓと当接するベース面２と、このベース面２に対して傾斜する傾斜面３と、この傾斜面３に形成された計測溝４を備えている。

傾斜面３には、ベース面２と交わる部位に位置してワークＷの計測点Ｐに接する尖端状の指示点３１が形成されている。計測溝４は、球状のリフレクタＲをスライド可能に保持する溝であり、ワークＷの計測点Ｐがある部位に対して接近離間する方向に形成されていて、計測点Ｐから離れた遠端部４１及び計測点Ｐ寄りの近端部４２を具備している。

そして、図１（ｂ）に示すように、少なくとも計測溝４の遠端部４１で保持されるリフレクタＲの中心Ｒｐと、計測溝４の近端部４２で保持されるリフレクタＲの中心Ｒｐとを結ぶ線分ｄの延長線上に、尖端状の指示点３１が配置されている。

この場合、計測溝４の遠端部４１及び近端部４２で各々保持するリフレクタＲの各中心Ｒｐ，Ｒｐ同士を結ぶ線分ｄの長さと、計測溝４の近端部４２で保持するリフレクタＲの中心Ｒｐから尖端状の指示点３１までの距離との比を、１：１や２：１や１．５：１などといった関係となるように定めることができる。
この実施例において、上記線分ｄの長さと、計測溝４の近端部４２で保持するリフレクタＲの中心Ｒｐから尖端状の指示点３１までの距離との比は、１：１になっている。
なお、図１における符号ＲａはリフレクタＲの受光窓であり、この受光窓Ｒａを通してレーザ光の受信及び送信をすることで、リフレクタＲの中心Ｒｐの座標が得られるようになっている。

上記三次元計測治具１を用いて、ワークＷ上における計測点Ｐの三次元座標を計測するに際しては、まず、図２（ａ）に示すように、ワークＷの計測点Ｐがある計測面Ｗｓにこの三次元計測治具１を置いて、その尖端状の指示点３１をワークＷの計測面Ｗｓ上における計測点Ｐに合わせると共に，計測溝４に球状のリフレクタＲを嵌め込む。

この後、リフレクタＲを計測溝４の遠端部４１から近端部４２にスライドさせる間に、リフレクタＲに対するレーザ光Ｌｒの送受信を首振り機能付きのレーザ測定機Ｌにより行って、計測溝４の遠端部４１及び近端部４２を含む複数の部位においてリフレクタＲの各中心Ｒｐの座標を算出する。

そして、リフレクタＲの各中心Ｒｐの座標に基づいて、上記線分ｄ（リフレクタＲの各中心Ｒｐの座標を結んで作成される線分ｄ）の延長線上に位置する尖端状の指示点３１の三次元座標を求め、この指示点３１の三次元座標をワークＷ上における計測点Ｐの三次元座標とする。

このように、本実施例に係る三次元計測治具１及びこの三次元計測治具１を用いた計測方法では、計測溝４内でリフレクタＲをスライドさせ、このスライドの間にリフレクタＲに対してレーザ光Ｌｒの送受信をレーザ測定機Ｌにより行い、計測溝４の遠端部４１及び近端部４２を含む複数の部位でリフレクタＲの各中心Ｒｐの座標を算出するようにしているので、２点のみの中心座標を用いてワーク上における計測点の三次元座標を計測する場合と比較して、計測精度が高まることとなる。

また、上記した三次元計測治具１及びこの三次元計測治具１を用いた計測方法では、リフレクタＲの各中心Ｒｐを結ぶ線分ｄの延長線上に配置されて、ワークＷ上における計測点Ｐに接触する指示点３１が尖端状に形成されているので、図２（ｂ）に仮想線で示すように、計測点ＰがワークＷの凹面Ｗｃ上にあったとしても、尖端状の指示点３１と計測点Ｐとの間に隙間が生じるのを回避でき、その結果、正確な計測を行い得ることとなる。

図３は、本発明に係る三次元計測治具の他の実施例を示しており、この実施例に係る三次元計測治具１１が、先の実施例に係る三次元計測治具１と相違するところは、ベース面２の両側に位置する側面５，５に伸縮自在な脚部６をそれぞれ設け、これらの脚部６，６をいずれもピン７を介して回動可能に支持するようにした点にあり、他の構成は先の実施例の三次元計測治具１と同じである。

この三次元計測治具１において、計測点ＰがワークＷの凸面Ｗｄ上にある場合には、尖端状の指示点３１を計測点Ｐに合わせつつ、２本の脚部６，６を凸面Ｗｄに合わせて適宜回動させると共に適宜伸縮させて、指示点３１及び脚部６，６の各脚先６１，６１の合計３点で三次元計測治具１１を支えるようにすれば、指示点３１と計測点Ｐとの間に隙間が生じるのを回避し得ることとなる。
つまり、ワークＷの計測点Ｐが凸面Ｗｄ上にあるなどといった様々な状況にも対応し得ることとなる。

本発明に係る三次元計測治具及びこれを用いた計測方法の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではなく、他の構成として、例えば、三次元計測治具１，１１の計測面に対する据わりを良くするべく、ベース面２を磁石で形成したり、ベース面２に磁石や吸盤等の吸着手段を配置したりする構成を採用することが可能である。

１，１１三次元計測治具
４計測溝
３１尖端状の指示点
４１計測溝の遠端部
４２計測溝の近端部
ｄ線分
Ｌレーザ測定機
Ｐ計測点
Ｒリフレクタ
Ｒｐリフレクタの中心
Ｗワーク（計測対象物）

Claims

レーザ測定機によって加工物や構造物等の計測対象物上における計測点の三次元座標を得るのに用いられる球状のリフレクタを保持する三次元計測治具であって、
前記球状のリフレクタをスライド可能に保持する計測溝と、
前記計測対象物上における計測点に接する尖端状の指示点を備え、
前記計測溝は、前記計測対象物の計測点がある部位に対して接近離間する方向に形成され、少なくとも前記計測溝の計測点から離れた遠端部で保持する前記リフレクタの中心と、該計測溝の計測点寄りの近端部で保持する前記リフレクタの中心とを結ぶ線分の延長線上に、前記尖端状の指示点が配置されている
ことを特徴とする三次元計測治具。
請求項１に記載の三次元計測治具を用いて、計測対象物上における計測点の三次元座標を計測するに際して、
前記計測対象物の計測点がある計測面に前記三次元計測治具を置いて、該三次元計測治具の尖端状の指示点を前記計測対象物の計測面上における計測点に合わせると共に該三次元計測治具の前記計測溝に前記球状のリフレクタを嵌め込んだ後、
前記リフレクタを前記計測溝内でスライドさせる間に該リフレクタに対するレーザ光の送受信をレーザ測定機により行って、少なくとも前記計測溝の遠端部及び近端部に前記リフレクタが位置する際のレーザ光の送受信に基づいて前記リフレクタの各中心座標を算出し、
前記リフレクタの各中心座標に基づいて、該リフレクタの各中心座標を結んで作成される線分の延長線上に位置する前記尖端状の指示点の三次元座標を求め、この指示点の三次元座標を前記計測対象物上における計測点の三次元座標とする
ことを特徴とする三次元計測治具を用いた計測方法。