JP2013234951A - Three-dimensional measuring apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a three-dimensional measuring apparatus capable of preventing reduction of measurement accuracy.SOLUTION: The three-dimensional measuring apparatus includes: a measuring probe 2 for measuring a measuring object; a multi-joint arm having a plurality of links connected in series through joint parts to movably support the measuring probe 2 against external force in a three-dimensional space; an operation detection device 5 attached to either one of the measuring probe 2 and the multi-joint arm to detect operation of the multi-joint arm and output operation information concerned with the operation; and a control device 6 for entering a measurement result by the measuring probe 2 and calculating a measurement value. The control device 6 includes a measurement result determination part 61A for determining whether the measurement result by the measuring probe 2 is to be entered or not based on the operation information.

Description

本発明は、測定者にて測定プローブを直接手で動かすことが可能に構成され、当該測定プローブの測定結果に基づいて被測定物上の任意の点の三次元座標値を算出し、被測定物の三次元形状、表面性状等の測定を行う三次元測定装置に関する。   The present invention is configured so that a measurement probe can be directly moved by a hand, and based on the measurement result of the measurement probe, a three-dimensional coordinate value of an arbitrary point on the measurement object is calculated, and the measurement target The present invention relates to a three-dimensional measuring apparatus that measures a three-dimensional shape, surface property, etc. of an object.

従来、関節部を介して直列に連結された複数のリンクを有し、測定プローブを三次元空間内で外部からの力に対して移動自在に支持する多関節アームを備えた三次元測定装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
そして、測定者は、多関節アームを直接手に持って、測定プローブを移動させながら、被測定物を測定することとなる。
2. Description of the Related Art Conventionally, a three-dimensional measuring apparatus having a plurality of articulated arms having a plurality of links connected in series via joint portions and supporting a measurement probe in a three-dimensional space so as to be movable with respect to an external force. It is known (see, for example, Patent Document 1).
The measurer measures the object to be measured while holding the articulated arm directly in his hand and moving the measurement probe.

特開2000−28302号公報JP 2000-28302 A

ところで、多関節アームを操作して、測定プローブを移動させながら被測定物の測定を行う際、測定精度を考慮すると、測定プローブの移動速度は、等速度が望ましい。
すなわち、例えば、第1の速度で測定プローブが移動している時の測定プローブの測定結果と、第1の速度と同一の速度である第2の速度で測定プローブが移動している時の測定プローブの測定結果とは、同一の測定条件で測定された測定結果となる。このため、各測定結果から算出された各三次元座標値(各測定値)に基づいて、被測定物の三次元形状、表面性状等の測定を行えば、測定精度は良好なものとなる。
By the way, when measuring an object to be measured while operating the articulated arm and moving the measurement probe, it is desirable that the moving speed of the measurement probe is constant considering the measurement accuracy.
That is, for example, the measurement result of the measurement probe when the measurement probe is moving at the first speed and the measurement when the measurement probe is moving at the second speed that is the same speed as the first speed. The probe measurement result is a measurement result measured under the same measurement conditions. For this reason, if the measurement of the three-dimensional shape, surface property, etc. of the object to be measured is performed based on each three-dimensional coordinate value (each measurement value) calculated from each measurement result, the measurement accuracy is good.

一方、測定プローブに急激な加速度が生じ、第2の速度が第1の速度よりも大きいものとなった場合には、第1の速度での測定結果と、第2の速度での測定結果とは、異なる測定条件で測定された測定結果となる。このため、各測定結果から算出された各三次元座標値に基づいて、被測定物の三次元形状、表面性状等の測定を行うと、測定精度が低下してしまう。
ここで、被測定物の測定時では、測定者がよろけてしまったり、測定者が多関節アームから手を離してしまったり等、多関節アームの異常な動作が想定されるものである。
そして、上述したような異常な動作が生じた場合には、測定プローブに急激な加速度が生じることとなるため、上述したように測定精度が低下してしまう、という問題がある。
On the other hand, when a sudden acceleration occurs in the measurement probe and the second speed is higher than the first speed, the measurement result at the first speed, the measurement result at the second speed, Is a measurement result measured under different measurement conditions. For this reason, if measurement of the three-dimensional shape, surface property, etc. of the object to be measured is performed based on each three-dimensional coordinate value calculated from each measurement result, the measurement accuracy decreases.
Here, at the time of measuring the object to be measured, an abnormal operation of the articulated arm is assumed such as the measurer wobbling or the measurer releasing his hand from the articulated arm.
When an abnormal operation as described above occurs, a rapid acceleration is generated in the measurement probe, so that there is a problem that the measurement accuracy decreases as described above.

本発明の目的は、測定精度の低下を防止できる三次元測定装置を提供することにある。   The objective of this invention is providing the three-dimensional measuring apparatus which can prevent the fall of a measurement precision.

本発明の三次元測定装置は、被測定物を測定する測定プローブと、関節部を介して直列に連結された複数のリンクを有し、前記測定プローブを三次元空間内で外部からの力に対して移動自在に支持する多関節アームと、前記測定プローブ及び前記多関節アームの少なくともいずれか一方に設けられ、前記多関節アームの動作を検出し、当該動作に関する動作情報を出力する動作検出装置と、前記測定プローブによる測定結果を取り込んで、測定値を算出する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記動作情報に基づいて、前記測定プローブによる測定結果を取り込むか否かを判断する測定結果判断部を備えることを特徴とする。   The three-dimensional measurement apparatus of the present invention has a measurement probe for measuring an object to be measured and a plurality of links connected in series via joints, and the measurement probe is subjected to external force in a three-dimensional space. An articulated arm that is movably supported, and an operation detection device that is provided on at least one of the measurement probe and the articulated arm, detects an operation of the articulated arm, and outputs operation information related to the operation And a control device that takes in the measurement result from the measurement probe and calculates a measurement value, and the control device determines whether to take in the measurement result from the measurement probe based on the operation information. A result judging unit is provided.

本発明では、三次元測定装置は、上述した動作検出装置と、上述した測定結果判断部を有する制御装置とを備える。
このことにより、測定結果判断部は、動作検出装置から出力される動作情報に基づいて、多関節アームの動作が正常な動作であるか、あるいは、異常な動作であるかを判断できる。そして、測定結果判断部は、正常な動作であると判断した場合には、測定プローブの測定結果を取り込む。一方、測定結果判断部は、異常な動作であると判断した場合には、測定プローブの測定結果を取り込まない。
したがって、制御装置は、異常な動作時での測定プローブの測定結果を含まず、正常な動作時での測定プローブの測定結果に基づいて、被測定物の三次元形状、表面性状等の測定を行うことができ、測定精度の低下を防止できる。
In the present invention, the three-dimensional measurement apparatus includes the above-described motion detection device and the control device having the above-described measurement result determination unit.
Thus, the measurement result determination unit can determine whether the operation of the articulated arm is a normal operation or an abnormal operation based on the operation information output from the operation detection device. If the measurement result determination unit determines that the operation is normal, the measurement result of the measurement probe is captured. On the other hand, if the measurement result determination unit determines that the operation is abnormal, the measurement result of the measurement probe is not captured.
Therefore, the control device does not include the measurement results of the measurement probe during abnormal operation, and measures the three-dimensional shape, surface properties, etc. of the measurement object based on the measurement result of the measurement probe during normal operation. This can be performed, and a reduction in measurement accuracy can be prevented.

本発明の三次元測定装置では、前記測定プローブは、前記被測定物にレーザ光を照射し、前記被測定物にて反射されたレーザ光を検出するレーザプローブであることが好ましい。
ところで、測定プローブとしては、被測定物にレーザ光を照射し、被測定物にて反射されたレーザ光を検出するレーザプローブが例示できる。
そして、上述した異常な動作時では、被測定物にて反射されたレーザ光を良好に検出することができない。すなわち、測定プローブとしてレーザプローブを採用した場合には、上述した測定精度の低下が特に見受けられるものとなる。
本発明では、測定プローブがレーザプローブで構成されているので、上述した測定精度の低下を防止できるという効果を好適に図れる。
In the three-dimensional measurement apparatus of the present invention, it is preferable that the measurement probe is a laser probe that irradiates the object to be measured with laser light and detects the laser light reflected by the object to be measured.
By the way, as a measurement probe, the laser probe which irradiates a measured object with a laser beam and detects the laser beam reflected by the measured object can be illustrated.
In the abnormal operation described above, the laser beam reflected by the object to be measured cannot be detected well. That is, when a laser probe is employed as the measurement probe, the above-described decrease in measurement accuracy is particularly observed.
In the present invention, since the measurement probe is composed of a laser probe, it is possible to suitably achieve the effect of preventing the above-described decrease in measurement accuracy.

本発明の三次元測定装置では、前記制御装置は、前記動作情報に基づいて、前記レーザプローブのレーザ光の照射状態を制御する照射制御部を備えることが好ましい。
本発明では、制御装置は、上述した照射制御部を備える。
このことにより、照射制御部は、測定結果判断部と同様に、動作検出装置から出力される動作情報に基づいて、多関節アームの動作が正常な動作であるか、あるいは、異常な動作であるかを判断できる。そして、照射制御部は、正常な動作であると判断した場合には、測定プローブからのレーザ光の照射を継続させる。一方、照射制御部は、異常な動作であると判断した場合には、測定プローブからのレーザ光の照射を停止させる。
したがって、異常な動作時でのレーザ光の不要な照射を停止させることができる。
In the three-dimensional measurement apparatus of the present invention, it is preferable that the control device includes an irradiation control unit that controls an irradiation state of the laser light of the laser probe based on the operation information.
In this invention, a control apparatus is provided with the irradiation control part mentioned above.
As a result, the irradiation control unit, like the measurement result determination unit, is based on the operation information output from the operation detection device, and the operation of the articulated arm is a normal operation or an abnormal operation. Can be determined. When the irradiation control unit determines that the operation is normal, the irradiation control unit continues the irradiation of the laser light from the measurement probe. On the other hand, if the irradiation control unit determines that the operation is abnormal, it stops the irradiation of the laser light from the measurement probe.
Therefore, unnecessary irradiation of the laser beam at the time of abnormal operation can be stopped.

本発明の三次元測定装置では、前記動作検出装置は、前記多関節アームの移動時の加速度を検出する加速度センサであることが好ましい。
ところで、多関節アームには、通常、連結されたリンク同士の相対角度を検出する角度センサ等の角度検出装置が設けられている。そして、制御装置は、測定プローブによる測定結果、及び角度検出装置にて検出されたリンク同士の相対角度等に基づいて、被測定物上の任意の点の三次元座標値を算出する。
ここで、多関節アームの動作としては、例えば、上述した角度センサ等の角度検出装置にて検出された相対角度に基づいて、検出することも考えられる。
しかしながら、通常、関節部は複数設けられており、これに伴い、上述した角度検出装置も複数設けられているので、多関節アームの動作を求めるには、複数の角度検出装置にて検出された各相対角度に基づいて複雑な演算が必要となる。したがって、多関節アームの動作を求める処理負荷が増加してしまう恐れがある。
本発明では、動作検出装置は、加速度センサで構成されている。
このことにより、加速度センサにて多関節アームの移動時の加速度を検出するだけで、複雑な演算をすることなく、多関節アームの動作を容易に検出できる。
In the three-dimensional measurement apparatus of the present invention, it is preferable that the motion detection device is an acceleration sensor that detects an acceleration during movement of the articulated arm.
By the way, the articulated arm is usually provided with an angle detection device such as an angle sensor for detecting a relative angle between the linked links. And a control apparatus calculates the three-dimensional coordinate value of the arbitrary points on a to-be-measured object based on the measurement result by a measurement probe, the relative angle of the links detected by the angle detection apparatus, etc.
Here, as an operation of the articulated arm, for example, it is conceivable to detect based on a relative angle detected by an angle detection device such as the angle sensor described above.
However, usually, a plurality of joints are provided, and in association therewith, a plurality of the angle detection devices described above are also provided. Complex calculations are required based on each relative angle. Therefore, there is a risk that the processing load for determining the operation of the articulated arm will increase.
In the present invention, the motion detection device is composed of an acceleration sensor.
As a result, the motion of the articulated arm can be easily detected without performing a complicated calculation only by detecting the acceleration when the articulated arm is moved by the acceleration sensor.

本実施形態における三次元測定装置の構成を示す図。The figure which shows the structure of the three-dimensional measuring apparatus in this embodiment. 本実施形態における多関節アームの構成を示す図。The figure which shows the structure of the articulated arm in this embodiment. 本実施形態における三次元測定装置の制御構造を示すブロック図。The block diagram which shows the control structure of the three-dimensional measuring apparatus in this embodiment. 本実施形態における三次元測定装置の動作を説明するフローチャート。The flowchart explaining operation | movement of the three-dimensional measuring apparatus in this embodiment.

以下、本発明の実施の一形態を図面に基づいて説明する。
〔三次元測定装置の構成〕
図1は、本実施形態における三次元測定装置1の構成を示す図である。
三次元測定装置1は、測定者にて測定プローブ2を直接手で動かすことが可能に構成され、測定プローブ2による測定結果(測定データ)を取り込むことにより、被測定物の三次元形状、表面性状等の測定を行う。
この三次元測定装置1は、図1に示すように、測定プローブ2と、多関節アーム3と、角度センサ4(図3参照)と、動作検出装置としての加速度センサ5(図3参照)と、制御装置6とを備える。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Configuration of three-dimensional measuring device]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a three-dimensional measuring apparatus 1 in the present embodiment.
The three-dimensional measuring apparatus 1 is configured so that a measurement person can directly move the measuring probe 2 by hand, and the measurement result (measurement data) obtained by the measuring probe 2 is taken in, so that the three-dimensional shape and surface of the object to be measured are obtained. Measure properties.
As shown in FIG. 1, the three-dimensional measuring apparatus 1 includes a measuring probe 2, an articulated arm 3, an angle sensor 4 (see FIG. 3), and an acceleration sensor 5 (see FIG. 3) as a motion detecting device. And a control device 6.

〔測定プローブの構成〕
本実施形態では、測定プローブ2は、被測定物にレーザ光を照射し、被測定物にて反射されたレーザ光を検出するレーザプローブで構成されている。
この測定プローブ2は、レーザ光を出射するレーザ光源21(図3参照)と、レーザ光源21から出射されたレーザ光をライン状に拡散して被測定物に照射する光学素子(図示略)と、被測定物にて反射されたライン状のレーザ光を検出するCCD(Charge Coupled Device)カメラ22(図3参照)と、外装を構成する外装筐体23(図1)とを備える。
[Configuration of measurement probe]
In the present embodiment, the measurement probe 2 is composed of a laser probe that irradiates a measurement object with laser light and detects the laser light reflected by the measurement object.
The measurement probe 2 includes a laser light source 21 (see FIG. 3) that emits laser light, and an optical element (not shown) that diffuses the laser light emitted from the laser light source 21 into a line shape and irradiates the object to be measured. A CCD (Charge Coupled Device) camera 22 (see FIG. 3) for detecting a line-shaped laser beam reflected by the object to be measured, and an exterior casing 23 (FIG. 1) constituting the exterior.

〔多関節アームの構成〕
図2は、多関節アーム3の構成を示す図である。
多関節アーム3は、測定プローブ2を支持するとともに、当該測定プローブ2を三次元空間内で外部からの力(測定者による操作)に対して移動可能に構成されている。
この多関節アーム3は、図2に示すように、円柱状の支柱3Aと、円柱状の第1〜第6リンク3B〜3Gと、第1〜第6関節部3H〜3Mと、プローブヘッド3Nとを備える。
支柱3Aは、鉛直軸Ax1(図2)に沿うように作業台等に固定される。
第1関節部3Hは、第1リンク3Bが鉛直軸Ax1に沿う状態で、支柱3Aと第1リンク3Bの一端とを連結する。
そして、第1リンク3Bは、第1関節部3Hにより支柱3Aに連結されることで、支柱3Aに対して、鉛直軸Ax1を中心として回転可能となる。
[Configuration of articulated arm]
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of the articulated arm 3.
The articulated arm 3 is configured to support the measurement probe 2 and to be able to move the measurement probe 2 with respect to external force (operation by the measurer) in the three-dimensional space.
As shown in FIG. 2, the multi-joint arm 3 includes a columnar column 3A, columnar first to sixth links 3B to 3G, first to sixth joint portions 3H to 3M, and a probe head 3N. With.
The column 3A is fixed to a work table or the like along the vertical axis Ax1 (FIG. 2).
The first joint 3H connects the column 3A and one end of the first link 3B in a state where the first link 3B is along the vertical axis Ax1.
And the 1st link 3B becomes rotatable centering on the vertical axis Ax1 with respect to the support | pillar 3A by being connected with the support | pillar 3A by the 1st joint part 3H.

第2関節部3Iは、第1リンク3Bの他端と第2リンク3Cの一端とを連結する。
そして、第1,第2リンク3B,3Cは、第2関節部3Iにより互いに連結されることで、水平軸Ax2(図2)を中心として相対的に回転可能となる。
第3関節部3Jは、互いの中心軸Ax3(図2)が一致する状態で、第2リンク3Cの他端と第3リンク3Dの一端とを連結する。
そして、第2,第3リンク3C,3Dは、第3関節部3Jにより互いに連結されることで、中心軸Ax3を中心として相対的に回転可能となる。
第4関節部3Kは、第3リンク3Dの他端と第4リンク3Eの一端とを連結する。
そして、第3,第4リンク3D,3Eは、第4関節部3Kにより互いに連結されることで、中心軸Ax3に直交する軸Ax4(図2)を中心として相対的に回転可能となる。
The second joint portion 3I connects the other end of the first link 3B and one end of the second link 3C.
The first and second links 3B and 3C are connected to each other by the second joint portion 3I, so that the first and second links 3B and 3C can be relatively rotated about the horizontal axis Ax2 (FIG. 2).
The third joint portion 3J connects the other end of the second link 3C and one end of the third link 3D in a state in which the center axes Ax3 (FIG. 2) coincide with each other.
The second and third links 3C and 3D can be relatively rotated about the central axis Ax3 by being connected to each other by the third joint portion 3J.
The fourth joint 3K connects the other end of the third link 3D and one end of the fourth link 3E.
The third and fourth links 3D and 3E are connected to each other by the fourth joint portion 3K, so that the third and fourth links 3D and 3E can relatively rotate about the axis Ax4 (FIG. 2) orthogonal to the central axis Ax3.

第5関節部3Lは、互いの中心軸Ax5(図2)が一致する状態で、第4リンク3Eの他端と第5リンク3Fの一端とを連結する。
そして、第4,第5リンク3E,3Fは、第5関節部3Lにより互いに連結されることで、中心軸Ax5を中心として相対的に回転可能となる。
第6関節部3Mは、第5リンク3Fの他端と第6リンク3Gの一端とを連結する。
そして、第5,第6リンク3F,3Gは、第6関節部3Mにより互いに連結されることで、中心軸Ax5に直交する軸Ax6(図2)を中心として相対的に回転可能となる。
以上のように、多関節アーム3は、6軸により操作可能に構成されている。
プローブヘッド3Nは、第6リンク3Gの他端に取り付けられるとともに、測定プローブ2を着脱可能に支持する。
The fifth joint 3L connects the other end of the fourth link 3E and one end of the fifth link 3F in a state in which the center axes Ax5 (FIG. 2) coincide with each other.
The fourth and fifth links 3E and 3F are connected to each other by the fifth joint portion 3L, so that the fourth and fifth links 3E and 3F can relatively rotate about the central axis Ax5.
The sixth joint 3M connects the other end of the fifth link 3F and one end of the sixth link 3G.
The fifth and sixth links 3F and 3G are connected to each other by the sixth joint portion 3M, so that the fifth and sixth links 3F and 3G can relatively rotate about the axis Ax6 (FIG. 2) orthogonal to the central axis Ax5.
As described above, the articulated arm 3 is configured to be operable with six axes.
The probe head 3N is attached to the other end of the sixth link 3G and detachably supports the measurement probe 2.

〔角度センサの構成〕
角度センサ4は、具体的な図示は省略したが、第1〜第6関節部3H〜3Mにそれぞれ取り付けられている。
そして、6つの角度センサ4は、第1〜第6関節部3H〜3Mにより互いに連結された第1〜第6リンク3B〜3Gの相対的な回転角度を検出する。
例えば、第1関節部3Hに設けられた角度センサ4は、支柱3A及び第1リンク3B同士の鉛直軸Ax1を中心とした相対的な回転角度を検出する。
[Configuration of angle sensor]
Although not specifically shown, the angle sensor 4 is attached to the first to sixth joint portions 3H to 3M, respectively.
The six angle sensors 4 detect relative rotation angles of the first to sixth links 3B to 3G connected to each other by the first to sixth joint portions 3H to 3M.
For example, the angle sensor 4 provided in the first joint portion 3H detects a relative rotation angle about the vertical axis Ax1 between the support 3A and the first link 3B.

〔加速度センサの構成〕
加速度センサ5は、具体的な図示は省略したが、プローブヘッド3Nに取り付けられ、多関節アーム3の動作(プローブヘッド3Nの加速度)を検出する。
なお、加速度センサ5は、公知の技術であるため、詳細な説明については省略する。
[Configuration of acceleration sensor]
Although not specifically shown, the acceleration sensor 5 is attached to the probe head 3N and detects the operation of the multi-joint arm 3 (acceleration of the probe head 3N).
In addition, since the acceleration sensor 5 is a well-known technique, it abbreviate | omits about detailed description.

〔制御装置の構成〕
図3は、三次元測定装置1の制御構造を示すブロック図である。
制御装置6は、図3に示すように、CPU(Central Processing Unit)やハードディスクを備えた制御装置本体61と、マウスやキーボード等で構成された入力装置62と、ディスプレイ等の表示装置63とを備える。
制御装置本体61は、測定プローブ2の測定データ(CCDカメラ22にて検出された画像データ)、及び角度センサ4の検出値(回転角度)に基づいて、被測定物の三次元形状、表面性状等の測定を行う。
この制御装置本体61は、図3に示すように、測定結果判断部61Aと、照射制御部61Bと、演算処理部61Cと、形状解析部61Dと、メモリ61Eとを備える。
[Configuration of control device]
FIG. 3 is a block diagram showing a control structure of the three-dimensional measuring apparatus 1.
As shown in FIG. 3, the control device 6 includes a control device main body 61 having a CPU (Central Processing Unit) and a hard disk, an input device 62 composed of a mouse and a keyboard, and a display device 63 such as a display. Prepare.
Based on the measurement data of the measurement probe 2 (image data detected by the CCD camera 22) and the detection value (rotation angle) of the angle sensor 4, the control device main body 61 has a three-dimensional shape and surface properties of the object to be measured. Etc. are measured.
As shown in FIG. 3, the control device main body 61 includes a measurement result determination unit 61A, an irradiation control unit 61B, an arithmetic processing unit 61C, a shape analysis unit 61D, and a memory 61E.

測定結果判断部61Aは、加速度センサ5の検出値(加速度)に基づいて、測定プローブ2の測定データ、及び角度センサ4の検出値を取り込むか否かを判断する。
照射制御部61Bは、加速度センサ5の検出値(加速度)に基づいて、測定プローブ2(レーザ光源21)のレーザ光の照射状態を制御する。
演算処理部61Cは、測定結果判断部61Aによる判断の下、取り込まれた測定プローブ2の測定データ、及び角度センサ4の検出値に基づいて、被測定物上の任意の点の三次元座標値(測定値)を算出する。
そして、演算処理部61Cは、算出した三次元座標値をメモリ61Eに記憶させる。
形状解析部61Dは、メモリ61Eに記憶された三次元座標値に基づいて、被測定物の表面形状データを算出し、算出した被測定物の表面形状データの誤差や歪み等を求める形状解析を行う。
The measurement result determination unit 61 </ b> A determines whether or not to take in the measurement data of the measurement probe 2 and the detection value of the angle sensor 4 based on the detection value (acceleration) of the acceleration sensor 5.
The irradiation control unit 61B controls the irradiation state of the laser light of the measurement probe 2 (laser light source 21) based on the detection value (acceleration) of the acceleration sensor 5.
The arithmetic processing unit 61C determines the three-dimensional coordinate value of an arbitrary point on the object to be measured based on the measurement data taken by the measurement probe 2 and the detection value of the angle sensor 4 based on the determination by the measurement result determination unit 61A. (Measurement value) is calculated.
Then, the arithmetic processing unit 61C stores the calculated three-dimensional coordinate value in the memory 61E.
The shape analysis unit 61D calculates surface shape data of the object to be measured based on the three-dimensional coordinate values stored in the memory 61E, and performs shape analysis to obtain errors, distortions, and the like of the calculated surface shape data of the object to be measured. Do.

〔三次元測定装置の動作〕
次に、三次元測定装置1の動作について図面を参照して説明する。
図4は、三次元測定装置1の動作を説明するフローチャートである。
なお、以下では、説明の便宜上、測定プローブ2からライン状のレーザ光が出射されているとともに、測定者により多関節アーム3が操作され、被測定物上でライン状のレーザ光が走査されている際の三次元測定装置1の動作について説明する。
先ず、測定結果判断部61Aは、加速度センサ5の検出値を常時、監視し、当該検出値に基づくプローブヘッド3Nの加速度が所定の閾値以上であるか否かを判定する(ステップST1)。
[Operation of CMM]
Next, the operation of the three-dimensional measuring apparatus 1 will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the three-dimensional measuring apparatus 1.
In the following, for convenience of explanation, a line-shaped laser beam is emitted from the measurement probe 2 and the articulated arm 3 is operated by a measurer to scan the line-shaped laser beam on the object to be measured. The operation of the three-dimensional measuring apparatus 1 when in operation will be described.
First, the measurement result determination unit 61A constantly monitors the detection value of the acceleration sensor 5, and determines whether or not the acceleration of the probe head 3N based on the detection value is equal to or greater than a predetermined threshold (step ST1).

測定結果判断部61Aは、ステップST1において、「Y」と判定した場合、すなわち、多関節アーム3の動作が異常な動作であると判定した場合には、測定プローブ2の測定データ、及び角度センサ4の検出値の取り込みを行わない。
また、照射制御部61Bは、測定プローブ2(レーザ光源21)からのレーザ光の照射を停止させる(ステップST2)。
そして、制御装置本体61は、被測定物の測定を終了する。
When the measurement result determination unit 61A determines “Y” in step ST1, that is, when it is determined that the operation of the articulated arm 3 is an abnormal operation, the measurement data of the measurement probe 2 and the angle sensor are measured. The detection value of 4 is not captured.
In addition, the irradiation controller 61B stops the irradiation of the laser beam from the measurement probe 2 (laser light source 21) (step ST2).
And the control apparatus main body 61 complete | finishes the measurement of a to-be-measured object.

一方、測定結果判断部61Aは、ステップST1において、「N」と判定した場合、すなわち、プローブヘッド3Nの移動速度が略等速度であり多関節アーム3の動作が正常な動作であると判定した場合には、測定プローブ2の測定データ、及び角度センサ4の検出値を取り込む(ステップST3)。
ステップST3の後、演算処理部61Cは、取り込まれた測定プローブ2の測定データ、及び角度センサ4の検出値に基づいて、以下に示すように、被測定物上の任意の点(被測定物に照射されたレーザ光のライン状パターン)の三次元座標値を算出する(ステップST4)。
On the other hand, the measurement result determination unit 61A determines that “N” is determined in step ST1, that is, the movement speed of the probe head 3N is substantially equal and the operation of the articulated arm 3 is a normal operation. In this case, the measurement data of the measurement probe 2 and the detection value of the angle sensor 4 are captured (step ST3).
After step ST3, the arithmetic processing section 61C, based on the taken measurement data of the measurement probe 2 and the detected value of the angle sensor 4, as shown below, an arbitrary point (measurement object) on the measurement object. The three-dimensional coordinate value of the laser light irradiated on the line is calculated (step ST4).

先ず、演算処理部61Cは、取り込まれた角度センサ4の検出値(各回転角度)と、第1〜第6リンク3B〜3Gの各長さ等に基づいて、測定プローブ2の位置、レーザ光源21からのレーザ光の照射角度、及びCCDカメラ22の角度を算出する。
そして、演算処理部61Cは、測定プローブ2の位置、レーザ光の照射角度、及びCCDカメラ22の角度に基づいて、三角測量の原理により、取り込まれた測定プローブ2の測定データ(画像データ)に含まれるレーザ光のライン状パターンの各点(被測定物上の点)の三次元座標値を算出する。
また、演算処理部61Cは、算出した三次元座標値をメモリ61Eに記憶させる(ステップST5)。
First, the arithmetic processing unit 61C determines the position of the measurement probe 2, the laser light source, based on the detected values (respective rotation angles) of the angle sensor 4 and the lengths of the first to sixth links 3B to 3G. The irradiation angle of the laser beam from 21 and the angle of the CCD camera 22 are calculated.
Then, the arithmetic processing unit 61C uses the triangulation principle based on the position of the measurement probe 2, the irradiation angle of the laser beam, and the angle of the CCD camera 22 to capture the measurement data (image data) of the measurement probe 2. A three-dimensional coordinate value of each point (point on the object to be measured) of the line pattern of the laser beam included is calculated.
In addition, the arithmetic processing unit 61C stores the calculated three-dimensional coordinate value in the memory 61E (step ST5).

ステップST5の後、制御装置本体61は、測定終了条件を満たしたか否かを判定する(ステップST6)。
例えば、測定者により多関節アーム3が操作され、測定プローブ2が予め指定された距離だけ移動した場合を測定終了条件とすることができる。
制御装置本体61は、ステップST6において、「N」と判定した場合には、再度、ステップST1の処理に移行する。そして、制御装置本体61は、プローブヘッド3Nの加速度が所定の閾値未満である場合に限り、測定終了条件を満たすまで、ステップST3〜ST5により、被測定物上の任意の点の三次元座標値の算出を継続する。
After step ST5, the control device main body 61 determines whether or not the measurement end condition is satisfied (step ST6).
For example, the measurement end condition can be a case where the articulated arm 3 is operated by the measurer and the measurement probe 2 is moved by a predetermined distance.
If the determination is “N” in step ST6, the control device main body 61 proceeds to the process of step ST1 again. Then, only when the acceleration of the probe head 3N is less than a predetermined threshold, the control device main body 61 performs the three-dimensional coordinate values of arbitrary points on the object to be measured until the measurement end condition is satisfied, according to steps ST3 to ST5. Continue to calculate.

一方、制御装置本体61は、ステップST6において、「Y」と判定した場合には、ステップST2に移行し、測定プローブ2からのレーザ光の照射を停止させた後、被測定物の測定を終了する。
そして、被測定物の測定が終了した後、例えば、測定者による入力装置62の操作に応じて、形状解析部61Dは、メモリ61Eに記憶された三次元座標値に基づいて、被測定物の表面形状データを算出し、形状解析を行う。
On the other hand, if it is determined as “Y” in step ST6, the control device main body 61 proceeds to step ST2, stops the irradiation of the laser beam from the measurement probe 2, and ends the measurement of the object to be measured. To do.
Then, after the measurement of the object to be measured is completed, for example, according to the operation of the input device 62 by the measurer, the shape analysis unit 61D determines the object to be measured based on the three-dimensional coordinate value stored in the memory 61E. Surface shape data is calculated and shape analysis is performed.

上述した本実施形態によれば、以下の効果がある。
本実施形態では、三次元測定装置1は、加速度センサ5と、測定結果判断部61Aを有する制御装置6を備える。
このことにより、測定結果判断部61Aは、加速度センサ5の検出値に基づいて、多関節アーム3の動作が正常な動作であるか、あるいは、異常な動作であるかを判断できる。そして、測定結果判断部61Aは、正常な動作であると判断した場合には、測定プローブ2の測定データを取り込む。一方、測定結果判断部61Aは、異常な動作であると判断した場合には、測定プローブ2の測定データを取り込まない。
したがって、制御装置6は、異常な動作時での測定プローブ2の測定データを含まず、正常な動作時での測定プローブ2の測定データに基づいて、被測定物上の任意の点の三次元座標値を算出し、当該三次元座標値に基づいて、被測定物の表面形状データを算出できる。すなわち、被測定物の三次元形状、表面性状等の測定精度の低下を防止できる。
また、測定プローブ2がレーザプローブで構成されているので、上述した測定精度の低下を防止できるという効果を好適に図れる。
According to this embodiment described above, the following effects are obtained.
In the present embodiment, the three-dimensional measurement apparatus 1 includes an acceleration sensor 5 and a control device 6 having a measurement result determination unit 61A.
Accordingly, the measurement result determination unit 61A can determine whether the operation of the articulated arm 3 is a normal operation or an abnormal operation based on the detection value of the acceleration sensor 5. When the measurement result determination unit 61A determines that the operation is normal, the measurement result determination unit 61A takes in the measurement data of the measurement probe 2. On the other hand, if the measurement result determination unit 61A determines that the operation is abnormal, it does not capture the measurement data of the measurement probe 2.
Therefore, the control device 6 does not include the measurement data of the measurement probe 2 at the time of abnormal operation, and based on the measurement data of the measurement probe 2 at the time of normal operation, the three-dimensional of an arbitrary point on the object to be measured A coordinate value is calculated, and surface shape data of the object to be measured can be calculated based on the three-dimensional coordinate value. That is, it is possible to prevent a decrease in measurement accuracy such as the three-dimensional shape and surface properties of the object to be measured.
Moreover, since the measurement probe 2 is composed of a laser probe, the effect of preventing the above-described decrease in measurement accuracy can be suitably achieved.

さらに、制御装置6は、照射制御部61Bを備える。
このことにより、照射制御部61Bは、測定結果判断部61Aと同様に、加速度センサ5の検出値に基づいて、多関節アーム3の動作が正常な動作であるか、あるいは、異常な動作であるかを判断できる。そして、照射制御部61Bは、正常な動作であると判断した場合には、測定プローブ2からのレーザ光の照射を継続させる。一方、照射制御部61Bは、異常な動作であると判断した場合には、測定プローブ2からのレーザ光の照射を停止させる。
したがって、異常な動作時でのレーザ光の不要な照射を停止させることができる。
Furthermore, the control device 6 includes an irradiation control unit 61B.
As a result, the irradiation control unit 61B operates normally or abnormally on the articulated arm 3 based on the detection value of the acceleration sensor 5, similarly to the measurement result determination unit 61A. Can be determined. When the irradiation control unit 61B determines that the operation is normal, the irradiation control unit 61B continues the irradiation of the laser light from the measurement probe 2. On the other hand, the irradiation control unit 61B stops the irradiation of the laser light from the measurement probe 2 when determining that the operation is abnormal.
Therefore, unnecessary irradiation of the laser beam at the time of abnormal operation can be stopped.

また、本発明に係る動作検出装置として、加速度センサ5が採用されている。
このことにより、加速度センサ5にて多関節アーム3の移動時の加速度を検出するだけで、複雑な演算をすることなく、多関節アームの動作を容易に検出できる。
Moreover, the acceleration sensor 5 is employ | adopted as an operation | movement detection apparatus which concerns on this invention.
As a result, the motion of the multi-joint arm can be easily detected without complicated calculations by simply detecting the acceleration during movement of the multi-joint arm 3 with the acceleration sensor 5.

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。
前記実施形態において、測定プローブ2としては、前記実施形態で説明したレーザプローブに限らず、例えば、被測定物に接触する測定子を有する接触型のプローブ、CCDカメラやイメージセンサを用いた画像プローブを採用しても構わない。
前記実施形態では、多関節アーム3は、6つのリンク及び関節部を備え、6軸により操作可能に構成されていたが、これに限らず、その他の数のリンク及び関節部を備えた構成とし、5軸や7軸により操作可能に構成しても構わない。
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, and the like within a scope in which the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.
In the above embodiment, the measurement probe 2 is not limited to the laser probe described in the above embodiment. For example, a contact probe having a probe that contacts the object to be measured, an image probe using a CCD camera or an image sensor. May be adopted.
In the above-described embodiment, the multi-joint arm 3 includes six links and joints and is configured to be operable by six axes. However, the present invention is not limited to this, and is configured to include other numbers of links and joints. You may comprise so that it can operate by five axes or seven axes.

前記実施形態では、動作検出装置として加速度センサ5を採用していたが、これに限らず、その他の構成、例えば、角度センサ4を用いて多関節アーム3の動作を検出するように構成しても構わない。
前記実施形態では、本発明に係る動作検出装置が多関節アーム3に設けられていたが、これに限らず、測定プローブ2(外装筐体23)に設けた構成を採用しても構わない。
In the above-described embodiment, the acceleration sensor 5 is used as the motion detection device. However, the configuration is not limited to this, and other configurations, for example, the motion of the articulated arm 3 may be detected using the angle sensor 4. It doesn't matter.
In the above-described embodiment, the motion detection device according to the present invention is provided in the articulated arm 3. However, the present invention is not limited thereto, and a configuration provided in the measurement probe 2 (exterior housing 23) may be employed.

本発明は、測定者にて測定プローブを直接手で動かすことが可能に構成され、当該測定プローブの測定結果に基づいて被測定物上の任意の点の三次元座標値を算出し、被測定物の三次元形状、表面性状等の測定を行う三次元測定装置に利用できる。   The present invention is configured so that a measurement probe can be directly moved by a hand, and based on the measurement result of the measurement probe, a three-dimensional coordinate value of an arbitrary point on the measurement object is calculated, and the measurement target The present invention can be used in a three-dimensional measuring apparatus that measures the three-dimensional shape and surface properties of an object.

1・・・三次元測定装置
2・・・測定プローブ
3・・・多関節アーム
3B〜3G・・・リンク
3H〜3M・・・関節部
5・・・加速度センサ(動作検出装置)
6・・・制御装置
61A・・・測定結果判断部
61B・・・照射制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Three-dimensional measuring apparatus 2 ... Measuring probe 3 ... Articulated arm 3B-3G ... Link 3H-3M ... Joint part 5 ... Acceleration sensor (motion detection apparatus)
6 ... Control device 61A ... Measurement result judgment unit 61B ... Irradiation control unit

Claims (4)

被測定物を測定する測定プローブと、
関節部を介して直列に連結された複数のリンクを有し、前記測定プローブを三次元空間内で外部からの力に対して移動自在に支持する多関節アームと、
前記測定プローブ及び前記多関節アームの少なくともいずれか一方に設けられ、前記多関節アームの動作を検出し、当該動作に関する動作情報を出力する動作検出装置と、
前記測定プローブによる測定結果を取り込んで、測定値を算出する制御装置とを備え、
前記制御装置は、
前記動作情報に基づいて、前記測定プローブによる測定結果を取り込むか否かを判断する測定結果判断部を備える
ことを特徴とする三次元測定装置。
A measurement probe for measuring an object to be measured;
A multi-joint arm having a plurality of links connected in series via a joint, and supporting the measurement probe movably with respect to an external force in a three-dimensional space;
An operation detection device that is provided on at least one of the measurement probe and the articulated arm, detects an operation of the articulated arm, and outputs operation information related to the operation;
A control device that takes in the measurement result by the measurement probe and calculates the measurement value,
The control device includes:
A three-dimensional measurement apparatus comprising: a measurement result determination unit that determines whether or not a measurement result obtained by the measurement probe is captured based on the operation information.
請求項1に記載の三次元測定装置において、
前記測定プローブは、
前記被測定物にレーザ光を照射し、前記被測定物にて反射されたレーザ光を検出するレーザプローブである
ことを特徴とする三次元測定装置。
The three-dimensional measuring apparatus according to claim 1,
The measurement probe is
A three-dimensional measuring apparatus, characterized by being a laser probe that irradiates the object to be measured with laser light and detects the laser light reflected by the object to be measured.
請求項2に記載の三次元測定装置において、
前記制御装置は、
前記動作情報に基づいて、前記レーザプローブのレーザ光の照射状態を制御する照射制御部を備える
ことを特徴とする三次元測定装置。
The three-dimensional measuring apparatus according to claim 2,
The control device includes:
A three-dimensional measurement apparatus comprising: an irradiation control unit that controls an irradiation state of the laser beam of the laser probe based on the operation information.
請求項1から請求項3のいずれかに記載の三次元測定装置において、
前記動作検出装置は、
前記多関節アームの移動時の加速度を検出する加速度センサである
ことを特徴とする三次元測定装置。
In the three-dimensional measuring apparatus in any one of Claims 1-3,
The motion detection device includes:
A three-dimensional measuring apparatus, wherein the three-dimensional measuring apparatus is an acceleration sensor that detects an acceleration during movement of the articulated arm.
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