JP2016148595A - Shape measurement device and method for measuring structure - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光切断法を用いて被検物の三次元形状を測定する形状測定装置に関する。 The present invention relates to a shape measuring apparatus that measures a three-dimensional shape of a test object using a light cutting method.
非接触に工業製品等の被検物の輪郭を検出し、三次元形状を測定する方法として、光切断法が知られている。 A light cutting method is known as a method for detecting the contour of an object such as an industrial product in a non-contact manner and measuring a three-dimensional shape.
被検物の様々な形状に対応して効果的に測定するため、例えば特許文献1のような、スリット光が投影された被検物の像を検出する撮像素子を備えた形状測定装置が提案されている。
In order to effectively measure various shapes of the test object, a shape measuring apparatus including an image sensor for detecting an image of the test object on which slit light is projected, such as
様々な方向に溝が形成された被検物に対し、溝の表面の一部が検出できないという問題がある。 There is a problem that a part of the surface of the groove cannot be detected for the test object in which the groove is formed in various directions.
本発明の形状測定装置は、被検物に向けてスリット状の光を出射、またはスリット状に光束を走査する投光部と、スリット状の光束またはスリット状に走査したときに光束が通過する平面に沿った基準面に対して、相反する側にそれぞれ配置された第1および第2の撮像部とを備え、第1の撮像部の撮像光学系の光軸と第2の撮像部の撮像光学系の光軸とをある平面上に射影した時のそれぞれの前記光軸の射影がなす角度が、180度未満である。
本発明による構造物の製造方法においては、構造物の形状に関する設計情報を作成し、設計情報に基づいて構造物を作成し、作成された構造物の形状を、本発明の形状測定装置を用いて計測して形状情報を取得し、取得された形状情報と設計情報とを比較する。
The shape measuring apparatus of the present invention emits slit-shaped light toward a test object, or projects a light-projecting unit that scans a light beam in a slit shape, and the light beam passes when scanned in a slit-shaped light beam or slit shape. An optical axis of the imaging optical system of the first imaging unit and imaging of the second imaging unit, the first and second imaging units disposed on opposite sides with respect to a reference plane along the plane The angle formed by the projection of each optical axis when the optical axis of the optical system is projected onto a certain plane is less than 180 degrees.
In the structure manufacturing method according to the present invention, design information relating to the shape of the structure is created, the structure is created based on the design information, and the shape of the created structure is measured using the shape measuring device of the present invention. To obtain shape information and compare the obtained shape information with design information.
<第1の実施形態>
図面を参照しながら、本発明の第1の実施形態による形状測定装置について説明する。本発明の第1の実施形態による形状測定装置は、光切断法により被検物の三次元形状を測定する。光切断法とは、被検物に特定のパターンの光を投影して、被検物表面に投影されたパターンを投影方向とは別方向から撮影する撮像装置により撮像し、撮像された像からパターンの位置を求め、求められたパターンの位置に基づき、パターンの投影方向と撮影方向から、被検物のパターンが照射された位置を測定する方法である。被検物に照射する光のパターンはスリット状か、スポット状であるのが一般的である。本発明の第1の実施形態による形状測定装置は、投光部と撮像部を備え、投光部からスリット光を被検物に向けて照射することで被測定物上にパターンを投影し、撮像部が投影されたパターンの像を撮像する構成を有する。
なお、本書において以下で説明される実施形態は、発明の趣旨の理解のために具体的に説明するためのものであり、特に指定の無い限り、本発明を限定するものではない。
<First Embodiment>
A shape measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The shape measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention measures the three-dimensional shape of a test object by a light cutting method. The light cutting method is a method of projecting a specific pattern of light onto a test object, imaging the pattern projected on the test object surface from a direction different from the projection direction, and capturing the image from the captured image. In this method, the position of the pattern is obtained, and the position where the pattern of the test object is irradiated is measured from the pattern projection direction and the imaging direction based on the obtained pattern position. In general, the pattern of light applied to the test object is slit-shaped or spot-shaped. The shape measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a light projecting unit and an imaging unit, and projects a pattern on the object to be measured by irradiating slit light from the light projecting part toward the object to be measured. The imaging unit has a configuration for capturing an image of the projected pattern.
Note that the embodiments described below in this document are specifically for understanding the purpose of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified.
図1は、第1の実施形態による形状測定装置100を用いて、載置台9の上面に載置された被検物90の表面形状を測定する様子を示す斜視図である。光切断センサー1は、投光部10、第1の撮像部20a、第2の撮像部20b、第1の支持部材80aおよび第2の支持部材80bを備える。以下の説明においては、第1の撮像部20aおよび第2の撮像部20bを総称する場合には、単に撮像部20と呼び、第1の支持部材80aおよび第2の支持部材80bを総称する場合には、単に支持部材80と呼ぶ。投光部10は、図示しない投射光学系と光源とを有し、光源から発した光束が平面に向けて投影された時にスリット状の照野が形成されるような光束を投射光学系が形成するようにしている。それにより、載置台9の上に載置された被検物90に向けて、スリット状の光(以降、スリット光という)50を照射する。被検物90の表面においてスリット光50が照射された部分では散乱光が発生する。なお、スリット光の長手方向は、投射光学系による投射方向の光軸と撮像部20が有する撮像光学系の光軸と主平面の交点とを結ぶ方向に対して、スリット光が投影される平面上において、直交する方向に設定される。図1においては説明の都合上、X軸、Y軸、Z軸からなる三次元座標系を、ZX平面がスリット光50と平行になるように設定する。この散乱光は、被検物90の表面においてX軸の方向に延びる輝線51として観察される。
FIG. 1 is a perspective view showing a state in which the surface shape of the
第1の支持部材80aおよび第2の支持部材80bは、それぞれ第1の撮像部20aおよび第2の撮像部20bを支持するための部材である。第1の支持部材80aの一方の端部は投光部10に固定され、投光部10の投射光学系による光軸を起点として所定の方向に延在する。第1の支持部材80aの他方の端部近傍には、第1の撮像部20aが固定される。第2の支持部材80bの一方の端部は投光部10に固定され、投光部10の投射光学系による光軸を起点として、第1の支持部材80aとは異なる所定の方向に延在する。第1の支持部材80aの端部と投光部10とを結んだとき、または第2の支持部材80bの端部と投光部とを結んだときにおけるXY平面に平行な面上で形成する角度、すなわち第1の支持部材80aが延在する方向80a−axと第2の支持部材80bが延在する方向80b−axとがなす角度については、詳細を後述する。第2の支持部材80bの他方の端部近傍には、第2の撮像部20bが固定される。
The
なお、図1では、第1の支持部材80aおよび第2の支持部材80bは直方体形状を有するように描いているが、この例に限定されず、スリット光像の撮影中に投光部10と撮像部20との相対位置関係が変わらない程度に剛性を有していればよく、台形柱や円柱状であってもよい。また、第1の支持部材80aの端部80a-z近傍に固定された第1の撮像部20aのZ軸方向の位置と第2の支持部材80bの端部80b−z近傍に固定された第2の撮像部20bのZ軸方向の位置とが同一であってもよいし、異なっていてもよい。撮像部20がそれぞれの支持部材80の投光部10と逆側の端部近傍に固定されるものに限定されない。例えば、撮像部20が支持部材80の投光部10側の端部と逆側の端部との中間付近に固定されてもよい。
In FIG. 1, the
第1の撮像部20aおよび第2の撮像部20bは、図示しない、撮像素子と、撮像素子の撮像面上に被測定物の表面に投影されたスリット光の像を形成する撮像光学系を有する。それぞれの撮像光学系の光軸の向きが投光部10から照射されるスリット光の投射光学系の光軸と交差するか、または、接近するように調整されている。また、撮像素子の撮像面を含む面が、投射光学系の光軸とスリット光の長手方向を含む面と、撮像光学系の主平面とが交差する線を含むように配置されている。さらに、撮像素子の撮像面の中心に、撮像光学系の光軸の延長線が交差するように配置されている。これにより、第1の撮像部20aおよび第2の撮像部20bは、撮像光学系によりスリット光の像が形成されることによって、撮像面に表れる輝線51をそれぞれ良好に撮像することができる。
The
被検物90は、XY平面に平行に配置された載置台9の上面に載置される。載置台9は、例えば図3に示すように、載置台9の上面に対して直交する方向に回転中心軸を有した回転機構を備える。この回転機構により被検物90を回転可能に保持することができる。また、光切断センサー1は、図示されないマニピュレータにより移動可能に保持されている。マニピュレータは、X方向、Y方向、Z方向のいずれの方向にも移動可能な可動軸を有している。また、光切断センサー1によりライン光の投射方向を任意の向きに設定できるように、光切断センサー1の向きを変えるチルト機構を有している。この載置台9とマニピュレータを協調動作させることにより、被検物90と光切断センサー1が相対的に移動できるため、被検物90の測定対象領域に全てスリット光50を走査しながら、形状の測定が逐次可能となる。とくに、載置台9には回転機構を備えているため、回転対称形状の被検物90に対して光切断センサー1による走査を効率的に行うことができる。
なお、本願明細書で形状測定装置と称した場合は、このマニピュレータや載置台9などの被検物90と光切断センサー1とが相対的に移動できる機構を含める構成とする。
The
In addition, when it calls a shape measuring apparatus in this specification, it is set as the structure which includes the mechanism which can move the
図2は、第1の実施形態による光切断センサー1の上面図である。投光部10はZ軸−方向(図2においては紙面に向かって垂直方向)にスリット光(図2には不図示)を出射する。すなわち、スリット光50のスリット中心11はZ軸に平行である。従って、スリット光50の光束が通過する面を含む平面5は紙面に垂直であり、かつ、XY平面に垂直である。第1の撮像部20aおよび第2の撮像部20bは、平面5を挟んで対向して配置される。なお、図2において、20a-Oは、第1の撮像部20aを構成するレンズ要素であり、20b−Oは第2の撮像部20bを構成する撮像光学系のレンズ要素である。
FIG. 2 is a top view of the
第1の撮像部20aの撮像光学系の光軸と投光部の投射光学系の光軸を含みXY平面に垂直な平面を平面6とする。また、第2の撮像部20bの撮像光学系の光軸と投光部の投射光学系の光軸を含みXY平面に垂直な平面を平面7とする。平面6と平面5の交差角度を第1の角度θ1とし、平面7と平面5の交差角度を第2の角度θ2とする。θ1とθ2とは平面5を挟んで互いに反対方向になす角度である。すなわち、XY平面上に第1の撮像部20aの撮像光学系の光軸を射影した場合、投影した光軸とXY平面に投影されたライン光とのなす角度がθ1であり、また、第2の撮像部20bの撮像光学系の射影した場合における投影した光軸とライン光とのなす角度がθ2である。なお、それぞれ平面5に対して、それぞれの平面6と平面7のなす角度は反対方向になっており、ライン光の像を違った撮像方向から撮像可能な構成となっている。しかし、第1の交線56および第2の交線57は、いずれか一方がスリット中心11に一致していてもよいし、共にスリット中心11とは一致していなくてもよい。
なお、上述の例では、XY平面上に撮像部20の光軸を射影したが、投光部10の光軸(または、スリット光50の中心軸)に垂直な平面や、想定される載置台9の上面を含む平面等に射影して第1の角度θ1や第2の角度θ2を定義してもよい。また、他にも、光軸間のなす角を評価する面については、投光部から投射された光束がその評価する面に投射されたときに、基準面とその評価する面とが交差する位置に形成される線分と平行な方向に、長手方向となるスリット状のパターンが形成される面であれば、何れの面でも良い。
また、第1の撮像部20aの光軸および第2の撮像部20bの光軸を、共通の平面に射影した際、基準面と該共通の平面との交線が、2つの撮像部の光軸を射影した直線同士の交点を通らないときがある。この場合は、該交線と平行な直線で該交点を通るものを挟んだ両側の角度として第1の角度θ1と第2の角度θ2とを定義すればよい。θ1とθ2は、例えば、その間の直線を0度として、両側にそれぞれ0度から180度の範囲で定義することができる。
A plane that includes the optical axis of the imaging optical system of the
In the above-described example, the optical axis of the imaging unit 20 is projected on the XY plane, but a plane perpendicular to the optical axis of the light projecting unit 10 (or the central axis of the slit light 50) or an assumed mounting table The first angle θ1 and the second angle θ2 may be defined by projecting onto a plane including the upper surface of 9. In addition, regarding the surface for evaluating the angle between the optical axes, the reference surface and the surface to be evaluated intersect when the light beam projected from the light projecting unit is projected onto the surface to be evaluated. Any surface may be used as long as a slit-like pattern is formed in the longitudinal direction in a direction parallel to the line segment formed at the position.
Further, when the optical axis of the
なお、上述の配置関係を別の表現で表すと、第1の角度θ1と第2の角度θ2との和は180度未満である。換言すると、第1の支持部材80aが延在する方向と、第2の支持部材80bが延在する方向とのなす角度は180度未満である。これにより、第1の撮像部20aの撮像方向と第2の撮像部20bの撮像方向が正対して向かい合わないため、様々な形状の被検物90に対して効率的に測定できる。特に、線対称な表面構造をもつ被検物90に対して、第1の撮像部20aと第2の撮像部20bが対称面に対し異なる角度から撮像するため、短い走査時間でより多くの情報を得ることができる。
In addition, if the above-described arrangement relationship is expressed by another expression, the sum of the first angle θ1 and the second angle θ2 is less than 180 degrees. In other words, the angle formed by the direction in which the
図3は、第1の実施形態の光切断センサー1を用いた形状測定装置において、被検物90としてのヘリカルギヤ(はすば歯車)の歯面検査を説明する図である。図3(a)は、載置台9の上面に対して直交した方向からヘリカルギヤを眺めたときのヘリカルギヤの図と、そのヘリカルギヤを測定する光切断センサー1の主要構成部を図示した図である。図3(b)は、ヘリカルギヤをY方向から眺めたときの図である。光切断センサー1を具備した形状測定装置は、第1の撮像部20aおよび第2の撮像部20bが撮像した撮像データ、マニピュレータから得られる光切断センサー1の位置情報と姿勢情報、及び載置台9の回転角度を基に、被検物90の形状を算出する処理部30と、インターフェース部40や処理部30からの情報を基に、撮像に適した撮像部20を選択する選択部35と、算出結果や撮像データを表示するとともに、ユーザからの情報の入力を受けるインターフェース部40を有している。第1の撮像部20aおよび第2の撮像部20bは、それぞれ撮像光学系21a、21b、撮像素子22a、22bを備える。ヘリカルギヤ90は不図示の載置台9に備えられた回転機構により回転軸91の周りを回転する。
FIG. 3 is a diagram for explaining a tooth surface inspection of a helical gear (helical gear) as the
投光部10は被検物90にスリット光50を照射する。投射方向からスリット光50が照射された部分を見ると、ちょうど回転軸91に平行な輝線51が被検物90の表面に投射される。第1の撮像部20aおよび/または第2の撮像部20bの撮像光学系21aおよび/または21bは、ヘリカルギヤの歯筋の方向に沿った方向から輝線51の像を撮影するようなレイアウトになっている。すなわち、第1の撮像部20aおよび/または第2の撮像部20bは輝線51を撮像する。撮像された画像データは処理部30に転送され、公知の画像処理方法により被検物90の表面の輝線51に対応する部分の形状が算出される。被検物90を所定の回転速度で回転させながら、上記の手順を繰り返すことにより、被検物90の表面全体の3次元形状が得られる。すなわち、図3の場合においては、被検物90としてのヘリカルギヤの歯面の形状が得られる。これにより、歯面の凹凸やキズ等の表面状態を検査することができる。
The
本光切断センサー1においては、撮像部20aに関して、光学系21aの主平面と撮像素子22aの撮像面、およびライン光を投影する方向は、公知のシャインプルーフの条件を満たすことが好ましい。これにより、輝線51全体が撮像素子22aの撮像面に合焦する。そのため、輝線の像を鮮明に撮像できるため、より高精度に被検物90の表面の三次元形状を得ることができる。
撮像部20bについても、撮像部20aに関しての上記説明と同様に、光学系21b、撮像素子22b、および輝線51は、シャインプルーフの条件を満たすことが好ましい。
In the light-cutting
As for the
被検物90の表面の三次元形状は、インターフェース部40に設けられた表示部に表示される。ユーザは、インターフェース部40により、第1の撮像部20aおよび第2の撮像部20bの撮像条件を入力することができる。
The three-dimensional shape of the surface of the
図4は、図3(b)を参照して説明したヘリカルギヤの歯面検査をより詳しく説明する図である。被検物であるヘリカルギヤ90Aは、不図示の載置台に備えられた回転機構に設置され、回転軸91を中心に定速回転する。回転軸91はX軸に平行な方向に設置される。図4において、92および93は、それぞれヘリカルギヤ90Aの歯先および歯底を示す。すなわち、92および93により表される方向がヘリカルギヤ90Aの歯筋の方向である。図4に示す通り、ヘリカルギヤ90Aは左ねじれのヘリカルギヤである。投光部10からヘリカルギヤ90Aに向けて照射されたスリット光50は、ヘリカルギヤ90Aのいくつかの歯先を連ねて照射される。その照射されたスリット光の像を第1の撮像部20aおよび第2の撮像部20bは、それぞれ紙面に対して左側斜め手前および右側斜め手前から輝線51を撮影するように設定されている。すなわち、第1の角度θ1および第2の角度θ2は共に90度より小さくなるように設定されている。
FIG. 4 is a diagram for explaining in more detail the tooth surface inspection of the helical gear described with reference to FIG. A
ここで、撮像部による輝線51の撮像について説明する。図4においては、矢印A1が第1の撮像部20aの光軸を表し、矢印A2が第2の撮像部20bの光軸を表す。図4に示した通り、ヘリカルギヤ90Aの歯筋の方向は、第1の撮像部20aの光軸A1とは交差する。従って、ヘリカルギヤ90Aの表面に形成される輝線51を第1の撮像部20aにより撮像しようとすると、歯底93の一部または全部が歯先92により遮られた状態(オクルージョン(occlusion)という)となって撮像されないことがある。一方、第2の撮像部20bの光軸A2は、ヘリカルギヤ90Aの歯筋の方向とほぼ一致するように設定されるので、歯底93が歯先92により遮られて撮像されないという問題は起こらない。従って、このような場合は、第2の撮像部20bにより輝線51を撮像して、ヘリカルギヤ90Aの歯面の三次元形状を取得する。ヘリカルギヤ90Aは定速回転しながらX軸方向(たとえば、X軸+方向)に所定の速度で移動する。これにより、輝線51はヘリカルギヤ90Aの歯面全体を走査することができる。
Here, imaging of the
なお、輝線51が形成される位置を相対的に移動させて被検物90の表面全体を測定するには、歯面上で輝線51の短手方向と、被検物90の相対的な移動方向との間の角度が小さい方が測定時間が少なくて済み、両者が一致した場合に検査時間は最短にできる。図4の例では、歯面上で輝線51の短手方向に垂直な方向と回転軸91とが平行である場合に、スリット光に対して垂直な方向と相対移動方向がほぼ一致するため、被検物を1回転する間に、測定する領域を最大限に広くすることができ、それゆえ、被検物全体に掛かる測定時間を最短にできる。
In order to measure the entire surface of the
図5は、図4と同様のヘリカルギヤの歯面検査を詳しく説明する図である。図5と図4とは、図4における測定対象がヘリカルギヤ90Aであるのに対して、図5における測定対象がヘリカルギヤ90Bである点が異なるのみで、それ以外の点については同様である。ヘリカルギヤ90Bは、歯筋の傾きの大きさは、ヘリカルギヤ90Aの歯筋の傾きの大きさと同じであるが、傾きの方向が逆である。すなわち、ヘリカルギヤ90Bは左ねじれのヘリカルギヤである。
FIG. 5 is a diagram for explaining in detail the tooth surface inspection of the helical gear similar to FIG. FIG. 5 and FIG. 4 are the same except for the point that the object to be measured in FIG. 4 is the
ヘリカルギヤ90Bの歯筋の方向は、第2の撮像部20bの光軸とは交差する。従って、ヘリカルギヤ90Bの表面に形成される輝線51を第2の撮像部20aにより撮像しようとすると、歯底93が歯先92により遮られて撮像されないことがある。すなわち、オクルージョンが発生することがある。一方、第1の撮像部20aの光軸は、ヘリカルギヤ90Bの歯筋の方向とほぼ一致するように設定されるので、歯底93が歯先92により遮られて撮像されないという問題は起こらない。従って、このような場合は、第1の撮像部20aにより輝線51を撮像して、ヘリカルギヤ90Bの歯面の三次元形状を取得する。
The direction of the tooth trace of the
図6は、光切断センサー1を用いて燃料電池のセパレータの三次元形状の測定を説明する図である。被検物である燃料電池のセパレータ90は、その表面90sに一定の深さを有する溝部94を備える。溝部94は、図6の左上から右下の方向に延びる第1溝部94aと、右上から左下の方向に延びる第2溝部94bを含む。第1の撮像部20aおよび第2の撮像部20bは、それぞれの光学系の光軸A1およびA2が、それぞれ第2溝部94bの延伸方向および第1溝部94aの延伸方向とほぼ一致するように設定される。すなわち、第1の撮像部20aは第2溝部94bの延伸方向の手前斜め上方から輝線51を撮像するように設定され、第2の撮像部20bは第1溝部94aの延伸方向の手前斜め上方から輝線51を撮像するように設定される。輝線51の方向は、第1溝部94aおよび第2溝部94bの両方とほぼ同じ角度で交わるように設定する。セパレータ90を図6に白抜きの矢印A3で示された方向に移動させながら、第1の撮像部20aおよび第2の撮像部20bにより輝線51を撮像し、両者が撮像した撮像データを用いて、セパレータ90の表面の3次元形状を取得する。
FIG. 6 is a diagram for explaining the measurement of the three-dimensional shape of the separator of the fuel cell using the
撮像部による撮像に関して詳しく説明する。溝部94を構成する壁面は、溝部94の底面に対してほぼ垂直である。このため、溝部94を第1の撮像部20aにより撮像しようとする場合、第2溝部94bの底面に形成される輝線51は良好に撮像できるのに対して、第1溝部94aの底面に形成される輝線51の一部は、手前の表面90sに遮られて撮像できない。すなわち、オクルージョンが発生する。一方、溝部94を第2の撮像部20bにより撮像しようとする場合、第1溝部94aの底面に形成される輝線51は良好に撮像できるのに対して、第2溝部94bの底面に形成される輝線51の一部は、手前の表面90sに遮られて撮像できない。すなわち、オクルージョンが発生する。
The imaging with the imaging unit will be described in detail. The wall surface constituting the
そこで、第1溝部94aについては第2の撮像部20bにより撮像し、第2溝部94bについては第1の撮像部20aにより撮像することで、溝部94の全ての部分について良好な撮像データが得られる。
Therefore, the
なお、図4、図5および図6を参照した3次元形状の測定においては、第1の撮像部20aと第2の撮像部20bのいずれか一方により被測定物90の表面に形成された輝線を撮像するように説明した。しかし、第1の撮像部20aと第2の撮像部20bの両方で撮像して、良好に撮像できた方の撮像部により撮像された画像データを用いて被検物90の表面の3次元形状を取得するようにしてもよい。また、第1の撮像部20aと第2の撮像部20bとが共に良好に撮像できた場合には、両方の撮像部により撮像された撮像データを合成して被検物90の表面の3次元形状を取得するようにしてもよい。
また、被検物9の溝部の延設方向に応じて、第1の撮像部と第2の撮像部を選択可能にしてもよい。なお、被検物9のモデルデータ(例えば、CADデータや歯車緒元データ)がある場合、ユーザインターフェース部40を介して、入力することで、溝部の延設方向に応じて選択部35によりどちらの撮像部を選択するかを判定させ、選択した撮像部の撮像データを基に、形状測定を行うようにしてもよい。
In the measurement of the three-dimensional shape with reference to FIG. 4, FIG. 5, and FIG. 6, bright lines formed on the surface of the
Further, the first imaging unit and the second imaging unit may be selectable in accordance with the extending direction of the groove portion of the
上述した第1の実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
(1)第1の実施の形態に係る形状測定装置1は、スリット光50に沿った平面の両側に第1の撮像部20aおよび第2の撮像部20bを配置し、第1の角度θ1と第2の角度θ2との和が180度未満である。第1の撮像部20aの撮像方向と第2の撮像部20bの撮像方向が正対して向かい合わないため、単一の撮像方向から計測を行う場合と比較して、被測定物90の表面の形状に起因するオクル-ジョンの発生を避けるような撮像方向を選択し易くすることができる。また、これにより、適切な撮像方向から撮像することで、多重反射光を区別がしやすくなり、より精密な測定ができる。さらに、少ない計測時間で計測可能となる輝線51の方向を選択することができる。従って、より精密な測定ができ、また計測時間を短縮し、作業効率を向上することができる。
さらに、単一の撮像方向の計測装置を用いた場合、被検物90の形状によってはオクル-ジョンが発生し、被検物90の全計測範囲を計測するためには、被検物90の載置姿勢を変更して、複数回の計測を行う必要があった。これに対して、本実施の形態によれば、複数の撮像方向から計測を行うことができるので、被検物90の載置姿勢の変更を不要とするか、仮に被検物90の載置姿勢の変更が必要であっても、その回数を低減することができるので、作業効率を向上し、生産性向上に寄与することができる。
According to the first embodiment described above, the following operational effects are obtained.
(1) The
Further, when a measuring device in a single imaging direction is used, an occlusion occurs depending on the shape of the
<第2の実施形態>
次に、本発明の第2の実施形態による光切断センサーについて説明する。本発明の第2の実施形態による光切断センサー2は、本発明の第1の実施形態の光切断センサー1における第1の支持部材80aと第2の支持部材80bとが、それぞれ投光部10にある回転軸8を中心に回動可能にしたものである。本発明の第2の実施形態による光切断センサー2は、その他の基本的構成については第1の実施形態による光切断センサー1と同一である。該同一部分については第1の実施形態と同一の符号で参照し、場合に応じ説明を省略する。
<Second Embodiment>
Next, a light cutting sensor according to a second embodiment of the present invention will be described. In the light-cutting
図7は、本発明の第2の実施形態による光切断センサー2の斜視図である。光切断センサー2は、光切断センサー1と同様、投光部10、第1の撮像部20a、第2の撮像部20b、第1の支持部材80aおよび第2の支持部材80bを備える。本実施形態では、第1の支持部材80aおよび第2の支持部材80bは、投光部10の光軸8を中心に回動可能に構成されている。なお、以下の説明においては、第1の支持部材80aと第2の支持部材80bとが共通の回転軸を有するものとして説明するが、この例に限定されず、第1の支持部材80aと第2の支持部材80bとが異なる回転軸にて回動可能であってもよい。この場合、第1の支持部材80aの回転軸と第2の支持部材80bの回転軸とのうちの一方が投光部10の光軸8と一致していても良いし、何れの回転軸も光軸8と一致していなくてもよい。
FIG. 7 is a perspective view of the
図8は、本発明の第2の実施形態による光切断センサー2の外観図であり、図8(a)は光切断センサー2の上面図、図8(b)は光切断センサー2の側面図である。第1の角度θ1と第2の角度θ2は第1の実施形態と同様に定義される。第1の角度θ1は第1の支持部材80aの回転角でもある。同様に、第2の角度θ2は、第2の支持部材80bの回転角でもある。
8A and 8B are external views of the
第1の支持部材80aおよび第2の支持部材80bの可動域は、それぞれに固定された第1の撮像部20aおよび第2の撮像部20bが互いの撮像を妨げない範囲で任意に定めることができる。例えば、平面5を挟んで一方の側(図8の(a)に示すY+側)にて第1の支持部材80aが回動可能であり、他方の側(図8の(a)に示すY−側)にて第2の支持部材80bが回動可能とすることができる。
The movable range of the
この場合において、第1の回転角θ1および第2の回転角θ2が0度から180度の間の値をとるものとすることができる。あるいは、第1の支持部材80aおよび第2の支持部材80bが互いに接触しないようあそびを設け、第1の回転角θ1および第2の回転角θ2が5度から175度の間の値をとるものとすることができる。これにより、第1の支持部材80aおよび第2の支持部材80bが互いの撮像を妨げない範囲で、被検物の形状に応じて第1の撮像部20aおよび第2の撮像部20bの撮像位置を決定することができる。
In this case, the first rotation angle θ1 and the second rotation angle θ2 can take values between 0 degrees and 180 degrees. Alternatively, play is provided so that the
図9は、本発明の第2の実施の形態による形状測定装置100の、回動機構を説明するためのA−A断面図である。投光部10の外周部には、第1の支持部材80aおよび第2の支持部材を回動するためのモーター104aおよびモーター104bが固定されている。モーター104aおよびモーター104bのそれぞれの回転軸には、それぞれ歯車103aおよび歯車103bが固定され、モーター104aおよびモーター104bの回転に伴って、歯車103aおよび歯車103bは個別に回転する。
FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line AA for explaining the rotation mechanism of the
第1の支持部材80aの一部には歯車102aが形成されており、歯車103aと係合する。また、第1の支持部材80bの一部には歯車102bが形成されており、歯車103bと係合する。これにより、モーター104aが回転すると、歯車103aおよび歯車102aを介して第1の支持部材80aは光軸8を中心に回動する。同様に、モーター104bが回転すると、歯車103bおよび歯車102bを介して第2の支持部材80aは軸8を中心に回動する。なお、歯車102aは第1の支持部材80aと一体でなくとも、別部材により構成されていてもよい。同様に、歯車102bは第2の支持部材80bと一体でなくとも、別部材により構成されていてもよい。
A
第1のモーター104aおよび第2のモーター104bはそれぞれいずれの方向にも回転可能であり、図8(a)の上面図において、第1の支持部材20aおよび第2の支持部材20bのそれぞれを、時計回り、反時計回りのいずれの両方にも回動させることができる。すなわち、第1の支持部材80aの角度θ1および第2の支持部材80bの角度θ2は、互いに独立に制御可能である。
The
ユーザは、インターフェース部40(図3)からの入力により第1のモーターおよび第2のモーターの動作を制御することができる。従って、被検物の表面形状に応じて、第1の撮像部20aおよび第2の撮像部20bの撮像位置を設定することができる。なお、第1のモーター104aおよび第2のモーター104bとしてステッピングモーターあるいはロータリーエンコーダ付のモーターを用いることで、第1の支持部材80aおよび第2の支持部材80bの第1の回転角θ1および第2の回転角θ2についての情報を知ることができる。
The user can control the operations of the first motor and the second motor by an input from the interface unit 40 (FIG. 3). Therefore, the imaging positions of the
上述した実施の形態によれば、第1の実施の形態により得られる作用効果に加えて、次の作用効果が得られる。
(1)第1の支持部材80aと第2の支持部材80bとは、投光部10の光軸8を中心として回動可能に支持される。即ち、第1の支持部材80aに固定された第1の撮像部20aと、第2の支持部材80bに固定された第2の撮像部20bとは、輝線51に対して位置を変更することができる。従って、スリット光50に対する第1の撮像部20aの撮像方向と第2の撮像部20bの撮像方向とを選択する際の自由度を向上させることができる。このため、ユーザは、被検物90の表面形状に応じて、オクル-ジョンの発生を避けられ、それゆえ多重反射光の像との区別も容易になる一方、計測時間の短縮を可能とするために最適な撮像部20の位置を選択できるため、様々な表面形状を有する被検物90の計測に対応することが可能となる。
(2)本実施形態の形状測定装置2では、第1の支持部材80aと第2の支持部材80bとを回動駆動させることにより、撮像部20の位置を変更する。従って、ユーザは、光切断センサー2に直接触れることなく、撮像方向の調整をすることができるので、ユーザは測定系を遠隔制御可能となり、より広汎な条件下で形状測定装置100を使用することができる。
According to the above-described embodiment, in addition to the function and effect obtained by the first embodiment, the following function and effect are obtained.
(1) The
(2) In the
−第3の実施の形態−
図面を参照して、本発明の実施の形態による構造物製造システムを説明する。本実施の形態の構造物製造システムは、たとえば自動車のドア部分、エンジン部分、ギヤ部分および回路基板を備える電子部品等の成型品を作成する。
-Third embodiment-
A structure manufacturing system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The structure manufacturing system of the present embodiment creates a molded product such as an electronic component including, for example, an automobile door portion, an engine portion, a gear portion, and a circuit board.
図10は、本実施の形態による構造物製造システム600の構成の一例を示すブロック図である。構造物製造システム600は、第1の実施の形態または変形例にて説明した光切断センサー1を具備した形状測定装置100と、設計装置610と、成形装置620と、制御システム630と、リペア装置640とを備える。なお、光切断センサーは、第2の実施形態で説明した光切断センサー2または以下の変形例で説明したものでもよい。
FIG. 10 is a block diagram showing an example of the structure of the
設計装置610は、構造物の形状に関する設計情報を作成する際にユーザが用いる装置であって、設計情報を作成して記憶する設計処理を行う。設計情報は、構造物の各位置の座標を示す情報である。設計情報は成形装置620および後述する制御システム630に出力される。成形装置620は設計装置610により作成された設計情報を用いて構造物を作成、成形する成形処理を行う。この場合、成形装置620は、3Dプリンター技術で代表される積層加工、鋳造加工、鍛造加工および切削加工のうち少なくとも1つを行うものについても本発明の一態様に含まれる。
The
形状測定装置100は、成形装置620により成形された構造物の形状を測定する測定処理を行う。形状測定装置100は、構造物を測定した測定結果である構造物の座標を示す情報(以後、形状情報と呼ぶ)を制御システム630に出力する。制御システム630は、座標記憶部631と、検査部632とを備える。座標記憶部631は、上述した設計装置610により作成された設計情報を記憶する。
The
検査部632は、成形装置620により成形された構造物が設計装置610により作成された設計情報に従って成形されたか否かを判定する。換言すると、検査部632は、成形された構造物が良品か否かを判定する。この場合、検査部632は、座標記憶部631に記憶された設計情報を読み出して、設計情報と形状測定装置100から入力した形状情報とを比較する検査処理を行う。検査部632は、検査処理としてたとえば設計情報が示す座標と対応する形状情報が示す座標とを比較し、検査処理の結果、設計情報の座標と形状情報の座標とが一致している場合には設計情報に従って成形された良品であると判定する。設計情報の座標と対応する形状情報の座標とが一致していない場合には、検査部632は、座標の差分が所定範囲内であるか否かを判定し、所定範囲内であれば修復可能な不良品と判定する。
The
修復可能な不良品と判定した場合には、検査部632は、不良部位と修復量とを示すリペア情報をリペア装置640へ出力する。不良部位は設計情報の座標と一致していない形状情報の座標であり、修復量は不良部位における設計情報の座標と形状情報の座標との差分である。リペア装置640は、入力したリペア情報に基づいて、構造物の不良部位を再加工するリペア処理を行う。リペア装置640は、リペア処理にて成形装置620が行う成形処理と同様の処理を再度行う。
If it is determined that the defective product can be repaired, the
図11に示すフローチャートを参照しながら、構造物製造システム600が行う処理について説明する。
ステップS201では、設計装置610はユーザによって構造物の設計を行う際に用いられ、設計処理により構造物の形状に関する設計情報を作成し記憶してステップS202へ進む。なお、設計装置610で作成された設計情報のみに限定されず、既に設計情報がある場合には、その設計情報を入力することで、設計情報を取得するものについても本発明の一態様に含まれる。ステップS202では、成形装置620は成形処理により、設計情報に基づいて構造物を作成、成形してステップS203へ進む。ステップS203においては、形状測定装置100は測定処理を行って、構造物の形状を計測し、形状情報を出力してステップS204へ進む。
Processing performed by the
In step S201, the
ステップS204では、検査部632は、設計装置610により作成された設計情報と形状測定装置100により測定され、出力された形状情報とを比較する検査処理を行って、ステップS205へ進む。ステップS205では、検査処理の結果に基づいて、検査部632は成形装置620により成形された構造物が良品か否かを判定する。構造物が良品である場合、すなわち設計情報の座標と形状情報の座標とが一致する場合には、ステップS205が肯定判定されて処理を終了する。構造物が良品ではない場合、すなわち設計情報の座標と形状情報の座標とが一致しない場合や設計情報には無い座標が検出された場合には、ステップS205が否定判定されてステップS206へ進む。
In step S204, the
ステップS206では、検査部632は構造物の不良部位が修復可能か否かを判定する。不良部位が修復可能ではない場合、すなわち不良部位における設計情報の座標と形状情報の座標との差分が所定範囲を超えている場合には、ステップ206が否定判定されて処理を終了する。不良部位が修復可能な場合、すなわち不良部位における設計情報の座標と形状情報の座標との差分が所定範囲内の場合には、ステップS206が肯定判定されてステップS207へ進む。この場合、検査部632はリペア装置640にリペア情報を出力する。ステップS207においては、リペア装置640は、入力したリペア情報に基づいて、構造物に対してリペア処理を行ってステップS203へ戻る。なお、上述したように、リペア装置640は、リペア処理にて成形装置620が行う成形処理と同様の処理を再度行う。
In step S206, the
上述した第3の実施の形態による構造物製造システムによれば、以下の作用効果が得られる。
(1)構造物製造システム600の形状測定装置100は、設計装置610の設計処理に基づいて成形装置620により作成された構造物の形状情報を取得する測定処理を行い、制御システム630の検査部632は、測定処理にて取得された形状情報と設計処理にて作成された設計情報とを比較する検査処理を行う。従って、構造物の欠陥の検査や構造物の内部の情報を非破壊検査によって取得し、構造物が設計情報の通りに作成された良品であるか否かを判定できるので、構造物の品質管理に寄与する。
According to the structure manufacturing system of the third embodiment described above, the following functions and effects can be obtained.
(1) The
(2)リペア装置640は、検査処理の比較結果に基づいて、構造物に対して成形処理を再度行うリペア処理を行うようにした。従って、構造物の不良部分が修復可能な場合には、再度成形処理と同様の処理を構造物に対して施すことができるので、設計情報に近い高品質の構造物の製造に寄与する。
(2) The
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
(変形例1)
上述した実施の形態では、投光部10は直線状のスリット光50を出射する設定とした。ここで、投光部10が出射するスリット光50のパターンは直線状に限らない。例えば、ビームを直線上に走査(スキャン)することによりスリット状の光を形成してもよい。
The following modifications are also within the scope of the present invention, and one or a plurality of modifications can be combined with the above-described embodiment.
(Modification 1)
In the embodiment described above, the
(変形例2)
上述の第1の実施の形態では、第1の角度θ1と第2の角度θ2との和が180度未満になるようにしたが、第1の角度θ1および第2の角度θ2がそれぞれ90度未満としてもよい。これにより、さらに多様な表面形状を有する被検物に対応可能となり、上述したように計測時間の短縮、作業効率の向上が図れる。同様の理由により、第2の実施の形態においても、可動域を第1の回転角θ1および第2の回転角θ2がそれぞれ0度から90度の範囲とすることができる。
(変形例3)
上述の第2の実施の形態において、ユーザが被検物90の形状を特徴づけるパラメータをインターフェース部40を通じて入力するようにしてもよい。この場合、処理部30は、被検物90の形状を特徴づけるパラメータを受け取る。そして、処理部30は、自動的に該被検物90の測定に適した位置に第1の支持部材20aおよび第2の支持部材20bが回動する構成とする。例えば、左ねじれと右ねじれのヘリカルギヤを交互に測定するような場合、ユーザは、歯面上において輝線51と歯筋の方向とがなす角度をインターフェース部40を通じて入力することができる。処理部30は、該輝線51と歯筋の方向とがなす角度に基づいて、第1の撮像部20aおよび第2の撮像部20bの撮像方向が最適となるように、第1の支持部材80aおよび第2の支持部材80bを設定することができる。
(Modification 2)
In the above-described first embodiment, the sum of the first angle θ1 and the second angle θ2 is less than 180 degrees, but the first angle θ1 and the second angle θ2 are each 90 degrees. It may be less. Thereby, it becomes possible to deal with specimens having various surface shapes, and as described above, measurement time can be shortened and work efficiency can be improved. For the same reason, in the second embodiment, the movable range can be set such that the first rotation angle θ1 and the second rotation angle θ2 are in the range of 0 degrees to 90 degrees, respectively.
(Modification 3)
In the second embodiment described above, the user may input parameters that characterize the shape of the
被検物90の表面形状を解析する画像解析部をさらに設けてもよい。これにより、被検物の表面形状の特徴に基づいて、処理部30は、自動的に該被検物90の測定に適した位置に第1の支持部材80aおよび第2の支持部材80bが回動する構成にしてもよい。
An image analysis unit that analyzes the surface shape of the
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。 Although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these contents. Other embodiments conceivable within the scope of the technical idea of the present invention are also included in the scope of the present invention.
1、2…光切断センサ
5…基準面
6…第1の平面
7…第2の平面
8…投光部の光軸
10…投光部
11…スリット光の中心軸
20a…第1の撮像部
20b…第2の撮像部
30…処理部
35…選択部
40…インターフェース部
50…スリット光
51…輝線
80a…第1の支持部材
80b…第2の支持部材
100…形状計測装置
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記スリット状の光束またはスリット状に走査したときに前記光束が通過する平面に沿った基準面に対して、相反する側にそれぞれ配置された第1および第2の撮像部とを備え、
前記第1の撮像部の撮像光学系の光軸と前記第2の撮像部の撮像光学系の光軸とをある平面上に射影した時のそれぞれの前記光軸の射影がなす角度が、180度未満である形状測定装置。 A light projecting unit that emits slit-shaped light toward the test object, or scans a light beam in a slit shape,
A first imaging unit and a second imaging unit respectively disposed on opposite sides with respect to a reference plane along a plane through which the luminous flux passes when scanned in the slit-shaped luminous flux or slit;
When the optical axis of the imaging optical system of the first imaging unit and the optical axis of the imaging optical system of the second imaging unit are projected onto a certain plane, the angles formed by projections of the respective optical axes are 180. A shape measuring device that is less than degrees.
前記角度を、前記基準面と前記ある平面との交線で2分割した場合に、第1の撮像部がある側の角度を第1の角度とし、第2の撮像部がある側の角度を第2の角度とし、
前記第1の角度および前記第2の角度がそれぞれ90度未満である形状測定装置。 In the shape measuring apparatus according to claim 1,
When the angle is divided into two at the intersection line of the reference plane and the certain plane, the angle on the side where the first imaging unit is located is the first angle, and the angle on the side where the second imaging unit is located The second angle,
The shape measuring apparatus in which the first angle and the second angle are each less than 90 degrees.
前記第1の角度および/または前記第2の角度は可変である形状測定装置。 In the shape measuring device according to claim 1 or 2,
The shape measuring device in which the first angle and / or the second angle is variable.
前記形状測定装置は、
前記第1の撮像部を支持する第1の支持部材と、
前記第2の撮像部を支持する第2の支持部材とをさらに備え、
前記第1および/または第2の支持部材は、前記投光部の光軸を中心として回動可能に支持される形状測定装置。 In the shape measuring device according to claim 3,
The shape measuring device is
A first support member that supports the first imaging unit;
A second support member that supports the second imaging unit,
The shape measuring device, wherein the first and / or second support member is supported so as to be rotatable about an optical axis of the light projecting unit.
前記被検物の形状に応じて、前記第1の撮像部と前記第2の撮像部とが選択可能である形状測定装置。 In the shape measuring device according to any one of claims 1 to 4,
A shape measuring apparatus in which the first imaging unit and the second imaging unit can be selected according to the shape of the test object.
前記被検物に形成された溝部の延設方向に応じて、前記第1の撮像部と前記第2の撮像部とが選択する選択部を有した形状測定装置。 In the shape measuring device according to any one of claims 1 to 4,
A shape measuring apparatus having a selection unit that is selected by the first imaging unit and the second imaging unit in accordance with an extending direction of a groove formed in the test object.
前記設計情報に基づいて前記構造物を作成し、
作成された前記構造物の形状を、請求項1乃至6の何れか一項に記載の形状測定装置を用いて計測して形状情報を取得し、
前記取得された前記形状情報と前記設計情報とを比較する構造物の製造方法。 Create design information about the shape of the structure,
Create the structure based on the design information,
The shape of the created structure is measured using the shape measuring device according to any one of claims 1 to 6 to obtain shape information,
A structure manufacturing method for comparing the acquired shape information and the design information.
前記形状情報と前記設計情報との比較結果に基づいて実行され、前記構造物の再加工を行う構造物の製造方法。 In the manufacturing method of the structure according to claim 7,
A method of manufacturing a structure, which is executed based on a comparison result between the shape information and the design information, and reworks the structure.
前記構造物の再加工は、前記設計情報に基づいて前記構造物の作成を再度行う構造物の製造方法。 In the manufacturing method of the structure according to claim 8,
The reworking of the structure is a structure manufacturing method in which the structure is created again based on the design information.
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